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UNIVERSIDAD NACIONAL MAYOR DE SAN MARCOS

Universidad del Perú, DECANA DE AMÉRICA

Facultad de Ciencias Físicas

Departamento de Física Interdisciplinaria

Facultad de Ingeniería Industrial

Grupo 1 sección 5

Tema:

Calorimetría - Práctica 4

Horario de Grupo : Viernes 19:40-21:20 pm

Alumnos:

● Huarachi Quiñones Jesus Eduardo 20170135

● Marquez Oliva Dixon Noe 20170136

● Santos Quispe Marco Antonio 20170234

● Torres Chávez Matías Augusto 20170143

● Velasquez Avalos Luis Angel 20170071

Docente:

Leon Martinez, Oscar

Fecha de realización: 26/11/2021

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Índice

Resumen…………………………………………………..........................................

Introducción…………………………………………………....................................

1. Objetivos………………..…………….....………………………

2. Fundamentos Teóricos………………...…..………………………

3. Procedimiento Experimental…….…………..……………….

4. Datos y resultados……………..……..……………………….

5. Análisis y discusión de resultados…………………………

6. Conclusiones………………..………………..………………..

7. Recomendaciones…………………………………………………

8. Bibliografía………………..………………..…………………..

9. Anexos………………..………………..…………………….

9.1 Cuestionario………………..………………..…………………….

9.2 Gráficos………………..………………..…………………….
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Resumen :

La termodinámica estudia los intercambios de energía que se producen en los procesos

físico-químicos. Las transferencias de calor se miden en un calorímetro a partir del cual se

cuantifican las variaciones de temperatura, en este no se producen pérdidas de energía hacia el

exterior, además comprobaremos el cálculo de la entropía de fusión de hielo y la entalpía en una

reaccion de neutralizacion Acido-Base.

Palabras clave : Termodinámica; entalpía; reacción química; calorímetro.

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Introducción :

La calorimetría es una rama de la termodinámica. Mide la energía producida en el

proceso de intercambio de calor. Utiliza la ley de conservación de la energía. En otras palabras,

cuando dos objetos intercambian calor sin interactuar con otros objetos, la cantidad de calor que

reciben cada uno de ellos es igual al calor transferido por el otro, pero con signos opuestos. Esto

nos indica que la suma del calor ganado y perdido por ambos cuerpos es nulo.

La medición de dos cantidades de líquido a diferentes temperaturas producirá una

transferencia de energía en forma de calor del cuerpo más caliente hacia el más frío. Esta

transferencia de energía se mantiene hasta el equilibrio de temperatura, cuando se dice que ha

alcanzado el equilibrio térmico, el calor transferido del líquido caliente, o el calor absorbido por

el frío, responde a la expresión:

Donde m es la masa del líquido, Ce

representa el calor específico y 𝛥𝑇 la variación de temperatura que experimentan.

A continuación, observaremos diversos experimentos que comprueban la teoría

planteada y así también refuerzan nuestros conocimientos sobre el tema.

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1. Objetivos :

Analizar las reacciones fisicoquímicas relacionadas con la transferencia de energía.

Realizar los respectivos procesos con el uso del calorímetro.

Determinar el calor latente de los cuerpos

Medir la entalpia en reacciones de neutralización

2. Fundamento Teórico :

Calor (Q): Es un tipo de energía que se puede expresar mediante el movimiento de

partículas que componen a un cuerpo ya que mientras mayor sea el calor que se le aplique mayor

movimiento y por ende energía cinética en su composición presentará.

Se mide en kcal o Joules(J). (1 kcal=4186 J)

Se calcula mediante la siguiente fórmula:

Recordando siempre que

solo es aplicable cuando el cuerpo no cambia de estado.

Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=V0lWDBAoQJc
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Forma de transmisión:

Calor específico(Ce): La inercia

que presenta un cuerpo a sufrir

variaciones de temperatura.

Ejm:

Los metales presentan un calor específico de bajo valor y ello se visualiza cuando al

someterse a calor su temperatura aumenta rápidamente mientras que cuando deja de estar en

contacto con ello su temperatura desciende drásticamente. Por otro lado, elementos como el agua

presentan altos valores de Ce, es por ello que tardan cierto tiempo para calentarse y demoran en

volver a enfriarse.

Fuente:

http://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Calor_Espec%C3%ADfico_de_un_Metal_(Fis_1

52)
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Calor latente:

Es el “calor que absorbe o cede una cierta unidad de materia durante un cambio de estado

fase a temperatura constante” (Jiménez, 2017, p. 17). Asimismo, se simboliza con L y sus

unidades según el Sistema Internacional son J/kg. En suma, el calor latente se denomina calor

latente de fusión (Lf) para el cambio de fase de sólido a líquido, para el cambio de fase líquido a

gaseoso se conoce como calor latente de vaporización (Lv) y para el cambio de fase de sólido a

gas se denomina calor latente de sublimación. Sin embargo, la forma usual de mencionar a

dichas cantidades son calor de fusión y vaporización respectivamente.

La fórmula para hallar el flujo de calor es:

Donde [L] es el calor latente de la sustancia y [m] es la masa .

Cambio de fase

Fuente:

https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10196/Calor%20y%20calorimetr%C

3%ADa.pdf?sequence=1&isAllowed=y
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Calor latente de algunas sustancias

Fuente:

https://repositoriotec.tec.ac.cr/bitstream/handle/2238/10196/Calor%20y%20calorimetr%C

3%ADa.pdf?sequence=1&isAllowed=y

Calorímetro

El Calorímetro “es un instrumento que tiene como función medir las cantidades de calor

suministradas o recibidas por los cuerpos”. (Sánchez, 2014, p.1). Es decir, sirve para determinar

el calor específico de un cuerpo, así como para medir las cantidades de calor que liberan o

absorben los cuerpos.

El tipo de calorímetro de uso más extendido consiste en un envase cerrado y

perfectamente aislado con agua, un dispositivo para agitar y un termómetro. Se coloca una fuente
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de calor en el calorímetro, se agita el agua hasta lograr el equilibrio, y el aumento de temperatura

se comprueba con el termómetro (Sánchez, 2014, p.1).

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3. Procedimientos

3.1. MEDIDA DE LA CAPACIDAD CALORÍFICA DE UN CALORÍMETRO

Materiales:

● Balanza de precisión

● Vaso calorímetro

● Vaso de precipitado

● Termómetro

● Agitador

● Cocina eléctrica
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Procedimiento :

Paso 1 :

Debemos tener una balanza de precisión para poder pesar los siguientes materiales: El

vaso calorímetro (77.5g), luego el calorímetro con el agitador (331.7g) y finalmente el vaso de

precipitado de 200 ml (10.4g)

Paso 2 :

Se procede a tarar el vaso en la balanza , se llena 200ml de agua en el vaso y teniendo

como resultado un peso de 201.3g seguidamente utilizamos el termómetro y obtenemos una

temperatura ambiente de 60°

Paso 3 :
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Luego se tara hacia la balanza y se pesa el calorímetro junto a 200ml de agua teniendo

como peso total 533g .

Paso 4 :

Continuando con el experimento en una cocina eléctrica hervimos agua a una temperatura

aproximada de 400° llenamos el vaso de precipitado de 200 ml para después verter con el

termómetro a 60° finalmente se vierte el contenido dentro del calorímetro con 200 ml de agua

teniendo como resultado 192 ml de agua dentro del calorímetro.

Paso 5 :
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Concluimos el experimento hallando la temperatura de equilibrio con ayuda del agitador

la cual será de 42°.

Fuente del vídeo para el experimento :

Carlos Pacci Sutizak. (2017). UCSS Laboratorio ll - CALORIMETRÍA / Fisico-Químico

[YouTube Video]. In YouTube. https://www.youtube.com/watch?v=1L1S3v2BJEM

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3.2. MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO

Materiales:

● matraz

● Agua

● termómetro

● probeta

● cuentagotas

● calorímetro

● hielo picado

● paño
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Procedimiento:

Paso 1 :

En un matraz se calientan 200 ml de agua hasta unos 30ºC, los cuales serán medidos por

un termómetro. De esta agua templada se toman exactamente V1=150 ml, los cuales son

medidos con una probeta que está enrasando con un cuentagotas.

Esta cantidad de agua M1=150g se decantan en el calorímetro, pasado unos minutos se

mide la temperatura de equilibrio T1 de agua y calorímetro.

Paso 2 :

Se toma una cantidad de hielo picado, los cuales tienen que estar lo más seco posible

antes de ser vertido en el calorímetro. Posteriormente la masa de hielo M2 será medida una vez

fundido a partir del incremento del volumen total del agua en el calorímetro.

Paso 3:

Se agita el calorímetro y pasando unos minutos se anota la temperatura de equilibrio, que

deberá ser superior a 0° C.

Paso 4

Se deberá repetir la experiencia con menor cantidad de hielo si el proceso no resulta

como se esperaba. Se puede aproximar las medidas de las temperaturas mínimamente debido a la

rigurosidad de unidades escalares.

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3.3. MEDIDA APROXIMADA DE LA ENTALPÍA DE UNA REACCIÓN DE

NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO-BASE

Materiales:

● Ácido clorhídrico

● Hidróxido de sodio

● Probetas

● Calorímetro

● Termómetro

● Agua destilada
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Procedimiento:

Paso 1 :

Para determinar el calor de neutralización debemos hacer reaccionar un ácido fuerte

(HCl) con una Base fuerte ( NaOH ) .

Paso 2 :

Procedemos a preparar una disolución de 200 ml 1M de HCL utilizando la probeta con

agua destilada para efectuar la preparación en la campana de gases .

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Paso 3 :

Seguidamente los 200 ml de HCl lo traspasamos hacia el calorímetro , agitamos y

tomamos la temperatura cuando haya alcanzado su estado de equilibrio.

Paso 4 :

Repetimos los pasos anteriores pero ahora con una disolución de 200 ml de NaOH 1M .

Traspasamos la base fuerte con agua destilada en la probeta .

Paso 5 :
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Procedemos a tomar la temperatura de la disolución cuando alcance la temperatura de

equilibrio finalmente conociendo las temperaturas tanto del ácido como la base las incorporamos

en el calorímetro mezclamos y esperamos a que alcance su temperatura de equilibrio .

Fuente del vídeo para el experimento :

PERMANGANATO PI. (2020). Calor de neutralización [YouTube Video]. In YouTube.

https://www.youtube.com/watch?v=hli7CXKFKA8&t=102s

Temp T1 m1 T3 m2 Te

eratura en °C

Caso 60°C 192g 42°C 201.3 42°C

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RESULTADOS Y CONCLUSIONES

1. Efectuando los cálculos que se derivan de la expresión (1), se determina el valor de la

capacidad calorífica CK. La capacidad calorífica del calorímetro se asigna al valor medio de los

dos valores encontrados. Expresar los resultados en calorías y en unidades del Sistema

Internacional, sabiendo que 1cal = 4,185 J.

1 92𝑔×1 𝑐𝑎𝑙 𝑔 °𝐶(42°𝐶−60°𝐶)+77.5𝑔× 𝑐𝑘(42°𝐶−25°𝐶)+201.3𝑔×1 𝑐𝑎𝑙 𝑔 °𝐶(42°𝐶−25°𝐶)

− 3456 𝑐𝑎𝑙 +77.5𝑔× 𝑐𝑘(17°𝐶)+3422.1 𝑐𝑎𝑙=0

77.5𝑔× 𝑐𝑘(17°𝐶)=33.9 𝑐𝑎𝑙

𝑐𝑘=0.0257 1 𝑐𝑎𝑙

Cálculos

El cálculo de HF = QF/m2 se lleva a cabo utilizando la expresión calorimétrica:

m1 ×Ce × (TE - T1) + CK × (TE - T1) + QF + m2 ×Ce × (TE - T2) = 0 (2)

Siendo Ce= 1.0 cal/(g ºC) y CK la capacidad calorífica del calorímetro, obtenida en la

primera parte de la práctica. Expresar el valor obtenido para HF en unidades del Sistema

Internacional. Comparar dicho valor con el valor experimental aceptado para el calor de fusión

del hielo dado más arriba. Repasa el procedimiento experimental que has seguido y discute

cuáles son en tu opinión las mayores fuentes de incertidumbre al realizar las medidas. Calcular

también la entropía de fusión del hielo. Expresar el resultado en unidades del Sistema

Internacional.

El valor experimental aceptado para el calor latente de fusión del hielo es:

HF = 80 cal/ g = 3.34 10^5 J/kg.

Calor de fusión del hielo Lf=334·103 J/kg

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Los valores coinciden, esto significa que hemos realizado correctamente el experimento .

Cálculos

*El experimento y los datos fueron obtenidos del vídeo

https://www.youtube.com/watch?v=hli7CXKFKA8*

1. En primer lugar, y antes de realizar ningún cálculo, determinar, a

partir del valor de temperatura final observado, si la reacción es

endotérmica o exotérmica.

Temperatura inicial=18°C

Temperatura final=21°C

Por tanto es una reacción endotérmica.

2. Escribe la expresión calorimétrica que habría que aplicar en este

caso para obtener la entalpía de la reacción a partir de los datos tomados

de temperatura.

𝑄 = 𝑚 × 𝐶𝑒× (△𝑇)

3. Obtener a partir de ella el valor del calor desprendido en la

reacción

Si reemplazamos los datos:

𝑄 = 100 𝑔 × 1𝑐𝑎𝑙/𝑔 °𝐶 × (21 ° 𝐶 − 18 ° 𝐶)

𝑄 = 1. 254 𝑘J

4. Teniendo en cuenta los moles (aproximados) que han reaccionado,

calcular la entalpía de neutralización por mol, tanto en calorías como en

unidades del Sistema Internacional.

1.254 𝑘𝐽/0.05 𝑚𝑜𝑙 = 25. 08 𝑘𝐽/mol

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4. Resultados

4.1. MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL HIELO

● Se tiene el vaso calorímetro (77.5g), luego el calorímetro con el agitador (331.7g)

y finalmente un vaso de precipitado de 200 ml (10.4g).

● Se procede a tarar el vaso en la balanza, se llena 200ml de agua en el vaso y

teniendo como resultado un peso de 201.3g seguidamente utilizamos el termómetro y obtenemos

una temperatura ambiente de 60°.

● En una balanza se pesa el calorímetro junto a 200ml de agua teniendo como peso

total 533g .

● Vertido el contenido dentro del calorímetro con 200 ml de agua se tiene como

resultado 192 ml de agua dentro del calorímetro.

● En el experimento se encontró la temperatura de equilibrio con ayuda del agitador

la cual será de 42°.

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4.2. RESULTADOS DE LA MEDIDA DEL CALOR LATENTE DE FUSIÓN DEL

HIELO

● El volumen de agua que procede del hielo fundido V2 es obtenido midiendo el

volumen total de agua en el calorímetro, donde V2 = VA - V1

● La masa M2 de hielo es dada por m2 = V2×r, según los datos r = 1.0 g/ml, por

otro lado estos datos obtenidos serán utilizados para la densidad del agua a una temperatura

ambiente.

● El cálculo de HF = QF/m2 se lleva a cabo utilizando la expresión calorimétrica:

m1 ×Ce × (TE - T1) + CK × (TE - T1) + QF + m2 ×Ce × (TE - T2) = 0 (2) siendo Ce= 1.0 cal/(g

ºC) y CK la capacidad calorífica del calorímetro.

4.3. RESULTADOS DE LA MEDIDA APROXIMADA DE LA ENTALPÍA DE UNA

REACCIÓN DE NEUTRALIZACIÓN ÁCIDO-BASE

● El experimento dio como resultado la siguiente reacción de neutralización:

● Entonces la variación de entalpía debería de darse en kJ/mol (de HCl o de NaOH)

además el agua adquiere el calor desprendido en la reacción de neutralización.

● Como las disoluciones de HCl y NaOH utilizadas en la reacción de neutralización

tienen una concentración baja entonces el calor específico de la mezcla es el del agua (4.18

J/g.0C).
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5. CÁLCULOS

Densidad

• Calcular la masa del agua destilada ma, por diferencia entre la masa del matraz

con el agua y el matraz vacío.

𝑚𝑚 = 20. 3𝑔 𝑚𝑚𝑎 = 30. 37𝑔

Masa del agua destilada(ma)=30.37g-20.3g=10.07 g

• Calcular las masas de las soluciones a las diferentes concentraciones por medio de

la diferencia entre la masa del matraz con la solución y el matraz vacío.

Concentra mms ms

ción solución de

sacarosa

0.1 M 33.12g 12.82g

0.2 M 33.38g 13.08g

0.3 M 33.56g 13.26g

0.4 M 33.96g 13.66g

0.5 M 34.01g 13.71g

• Obtener las densidades de las soluciones estudiadas y regístrelos en la tabla

siguiente
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Concentración de solución de δs

sacarosa

0.1M 12.82g/100cm^3=128.2g/cm^3

0.2M 13.08g/100cm^3=130,8g/cm^3

0.3M 13.26g/100cm^3=132,6 g/cm^3

0.4M 13.66g/100cm^3=136,6 g/cm^3

0.5M 13.71g/100cm^3=137,1g/cm^3
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• Elaborar una gráfica Densidad vs Concentración molar, hacer la recta de calibrado

ajustando la recta por mínimos cuadrados Viscosidad

• Utilizando la ecuación 1) y completar la tabla siguiente, utilizando las densidades

obtenidas líneas arriba.

Concentración de solución de ηs

sacarosa

0.1M 133.18

0.2M 147.42

0.3M 155.71
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0.4M 163.91

0.5M 168.001

• Elaborar una gráfica de viscosidad vs concentración molar para cada una de las

soluciones estudiadas.

6. Discusion y analisis de resultados :

Utilizando las gráficas obtenidas, indicar qué tipo de dependencia existe entre las

propiedades físicas y la concentración de las soluciones estudiadas.

Entre la viscosidad y concentración existe una relación directamente proporcional. Entre

la densidad y la concentración existe una relación directamente proporcional.

Según la bibliografía que tanto incide la temperatura en la viscosidad de los

líquidos.

Bastante, ya que hay casos en los que la mecánica del motor queda dañado por falta de

viscosidad en el aceite.
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6. Conclusión:

-La calorimetría es una técnica de análisis térmico, el cual permite medir los cambios

energéticos en presencia de un material de referencia. El aparato que se encarga de medir las

cantidades calorimétricas es el calorímetro.

-Cuando un cuerpo transmite el calor hay otro que lo recibe, esto es explicado por el

principio del calorímetro.

-El calor absorbido o desprendido a presión constante de 1 atm (y 25 0C) en una reacción

química nos da la variación de entalpía estándar de la reacción considerada.

-El calor que es necesario para aumentar de temperatura un cuerpo es dependiente de la

masa de este mismo, a más masa que tenga el cuerpo más calor se necesitará para aumentar su

temperatura.

-Una forma práctica de determinar la naturaleza de una reacción para saber si es

endotérmica o exotérmica es medir la temperatura antes y después de la reacción.

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7. Recomendaciones :

Tomar en cuenta que para realizar estos experimentos, es necesario tener los cuidados

necesarios y tener calibrada correctamente la balanza.

-Para los experimentos es necesario tener presente el error de medición, esto con el fin

de aproximar lo más posible al resultado ideal, esto se ve reflejado en el segundo experimento

donde el hielo puede optar de varias formas así como la sequedad nula que debe contener.

de la entalpía de una reacción de neutralización ácido-base al momento de depositar el

ácido clorhídrico en el calorímetro se debe verificar que el calorímetro esté completamente

limpio ya que el ácido ataca las paredes de este último en todo caso se puede reemplazar por un

vaso de precipitado para evitar inconvenientes en el experimento.

-Determinar al comienzo y al final la temperatura de las soluciones para saber la

naturaleza de la reacción.
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9. Anexo :

Problemas

1.Cuántos kilogramos de hielo a 0ºC se fundirán con un kilogramo de vapor de agua a

100ºC; si el agua que se obtiene se encuentra a una temperatura de 0ºC. Considere Lf = 80cal/g,

Lv = 540 cal/g

Para que el hielo se funda y se tenga agua a 0 ° C,

80*x=-(1000*540+1000*1*(-100)

80*x=+54000+10000

x=8000 g=8kg

2.Un calorímetro contiene 400 g. de agua a la temperatura de 5 °C, posteriormente se

agregan al calorímetro 200 g. de agua a la temperatura de 10 °C y 400 gr. de hielo a la

temperatura de -60°C, despreciando la masa del calorímetro. (Ch = 0,5 cal/g-°C, Lf= 80 cal/g).

Halle: a) Las cantidades finales de agua y hielo b) la temperatura final del sistema.

(400)(1)(Te-5)+200(1)(Te-10)+400(-0.5)(Te-(-60))=0 400Te-2000+200Te-2000-200Te-

12000=0 400Te=8000 Te=20°C

-
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10. Bibliografía

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