CALORIMETRIA UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRES LABORATORIO DE QUMICA 100 FACULTAD DE INGENIERIA LABORATORIO DE CALORIMETRIA

1. 1
1. INDICE
1. INDICE....................................................................................................................................1
2. OBJETIVOS............................................................................................................................2
2.1 Objetivo General................................................................................................................2
2.2 Objetivos Específicos ........................................................................................................2
3. FUNDAMENTO TEÓRICO...................................................................................................2
4. MATERIALES Y REACTIVOS.............................................................................................4
4.1. Materiales .........................................................................................................................4
4.2. Reactivos ..........................................................................................................................4
5. PROCEDIMIENTO ................................................................................................................4
5.1. Construcción del calorímetro.........................................................................................4
5.2. Calibración del calorímetro............................................................................................5
5.3. Determinación del calor de fusión del hielo.................................................................5
5.4. Determinación del calor especifico de un metal ..........................................................5
5.5. Determinación de la temperatura de equilibrio de una mezcla..................................5
6. CALCULOS............................................................................................................................6
7. CUESTIONARIO....................................................................................................................8
8. CONCLUSIONES.................................................................................................................10
9. ANEXOS...............................................................................................................................10
10. BIBLIOGRAFIA.................................................................................................................12

2. 2
2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo General
Comprobar la ley de conservación de la energía, en sistemas sin reacción química
2.2 Objetivos Específicos
Experimentar la transferencia de energía (calor)que se produce entre cuerpos.
Construir un calorímetro.
Determinar la capacidad calorífica del calorímetro.
Calcular teóricamente el calor absorbido o liberado por un sistema determinad.
Medir los cambios de temperatura que se producen, cuando efectuamos reacciones
químicas.
Estudia la reacción del trabajo eléctrico con el calor.
Determinar cantidad de calor proporcionada por el trabajo eléctrico.
Determinar cuantativamente la relación entre Joule y calorías.
3. FUNDAMENTO TEÓRICO
El capítulo de la química que estudia los cambios energéticos que acompañan a una reacción
química se denomina termoquímica. Las reacciones químicas van acompañadas de transferencia
de energía, que puede manifestarse en forma de calor absorbido (reacción endotérmica) o calor
desprendido (reacción exotérmica).
Reactivos → Productos (∆H) =+/- Calor
Cuando una reacción se lleva a cabo a presión constante, los cambios de calor que ocurren se
denominan Entalpía (∆H) La Entalpía de reacción se expresa normalmente en unidades de
Calorías/mol ya sea de reactivo o producto Por convención se establece que la entalpía es de
Signo negativo para procesos exotérmicos.
La medida del calor intercambiado durante un proceso se realiza mediante un calorímetro que
básicamente es un dispositivo aislado con una cámara de reacción rodeada de agua donde se
detectan los cambios de temperatura con ayuda de un termómetro y a través de estas medidas
medir la cantidad de calor intercambiado.
El calor desarrollado por reacción u otro proceso físico Qp en la cámara de reacción que se halla
inicialmente a una temperatura T1, actúa de tal modo que la temperatura final del calorímetro
cambia hasta T2. Por el principio de conservación de la energía se puede expresar:

3. 3
Calor cedido por reacción u otro proceso físico = Calor ganado por el calorímetro
El calor ganado por el calorímetro es:
)
(
)
( 1
2
1
2 T
T
c
m
T
T
c
m
Q cal
e
c
agua
e
a
p 



Dónde:
ma es la masa del agua que rodea al Erlenmeyer
ceagua es el calor específico del agua
mc es la masa de los componentes del calorímetro (vaso de precipitados, termómetro, agitador,
etc.)
ce cal es el calor específico promedio de los componentes del calorímetro.
Si el calor ganado es igual al calor perdido:
g
p Q
Q 
)
(
)
( 1
2
1
2 T
T
c
m
T
T
c
m
Q cal
e
c
agua
e
a
p 



)
)(
( 1
2 T
T
c
m
c
m
Q cal
e
c
agua
e
a
p 


Y si definimos la capacidad calorífica del calorímetro como:
cal
e
c
agua
e
a
cal c
m
c
m
C 

Podemos escribir la ecuación como:
)
( 1
2 T
T
C
Q cal
p 

De tal modo que conociendo la capacidad del calorímetro y las temperaturas inicial y final se
puede determinar el calor cedido por la reacción ocurrida en el matraz Erlenmeyer.
En el proceso de calibración del calorímetro se determina la capacidad calorífica del calorímetro
C cal. En este proceso se introduce una masa ma de agua a temperatura de ebullición Tb en el
matraz Erlenmeyer y se espera hasta que el sistema alcance el equilibrio térmico con temperatura
T2.
El calor perdido por el agua caliente en el matraz Erlenmeyer será:
)
( 2 b
agua
e
a
p T
T
c
m
Q 


Por lo tanto:
)
(
)
( 1
2
2 T
T
C
T
T
c
m
Q cal
b
agua
e
a
p 





4. 4
Y el valor de C cal se puede calcular por:
)
(
)
(
1
2
2
T
T
T
T
c
m
Ccal b
agua
e
a




Nótese que la capacidad del calorímetro es función de las masas de los componentes del
calorímetro y del agua que rodea al Erlenmeyer, por lo tanto, ni la masa de agua ni los
componentes deben cambiar durante la sesión experimental.
4. MATERIALES Y REACTIVOS
4.1. Materiales
ÍTEM MATERIAL CARACTERÍSTICAS CANTIDAD
1 Varilla de vidrio 1
2 Calorímetro 1
3 vaso de precipitado 600cm3 1
4 Termómetro 1
5 Matraz Erlenmeyer 125cm3 1
6 Hornilla 1
7 Vaso de precipitado 250ml 2
8 Termómetro termocupla 2
9 Balanza Eléctrica 1
10 Piseta 1
11 Esferas metálicas 1
4.2. Reactivos
5. PROCEDIMIENTO
5.1. Construcción del calorímetro.
Una caja de material aislante de aproximadamente 15 cm x 15 cm x 15 cm, con
espacio suficiente para que en el interior quepa un vaso de precipitados de 600 cm3.
El matraz Erlenmeyer (cámara de reacción) se colocará en el interior del vaso de
precipitados rodeado de agua.
El termómetro estará en el agua que rodea a la cámara de reacción juntamente con un
agitador para mantener la temperatura del agua uniforme.
ÍTEM MATERIAL CARACTERÍSTICAS CANTIDAD
1 Agua destilada 50g
2 Hielo 50g

5. 5
5.2. Calibración del calorímetro
Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la
temperatura T1.
Caliente 50 cm3 de agua a temperatura de ebullición Tb y añada al matraz Erlenmeyer.
Después que se ha alcanzado el equilibrio térmico, registre la temperatura de equilibrio
T2.
Retire el matraz Erlenmeyer y determine la masa de agua introducida por diferencia de
peso entre el matraz lleno y el matraz vacío.
5.3. Determinación del calor de fusión del hielo
Permita que se establezca el equilibrio térmico en el calorímetro y registre la
temperatura T1.
Añada al matraz Erlenmeyer lavado y seco varios cubos de hielo y permita que estos se
fundan.
En el momento en que el último trozo de hielo haya fundido, registre la temperatura
del agua que rodea al matraz T2.
Retire el matraz Erlenmeyer y determine la masa de hielo por diferencia de peso entre
el matraz lleno y el matraz vacío.
5.4. Determinación del calor especifico de un metal
Caliente la esfera de metal en la hornilla hasta una temperatura alta.
Determine la temperatura de la esfera de metal con la termocupla.
Mida 300 g de agua en el vaso de precipitados de 600 ml.
Determine la temperatura inicial del agua T1.
Introduzca cuidadosamente la esfera en el agua del vaso de precipitados.
Espere a que se alcance el equilibrio térmico.
Determine la temperatura final T2.
5.5. Determinación de la temperatura de equilibrio de una mezcla
Mida 250 g de agua en el vaso de precipitados.
Caliente el agua del vaso con la hornilla hasta una temperatura entre 40 y 50 ºC.
Determine la temperatura del agua.
Mida 100 g de agua en el vaso de precipitados a temperatura ambiente.

6. 6
Determine la temperatura del agua a temperatura ambiente.
Mezcle ambas muestras de agua y determine la temperatura de equilibrio con el
termómetro.
6. CALCULOS
 Calcule la capacidad calorífica del calorímetro
𝐶𝑐𝑎𝑙 =
−𝑚𝑎𝐶𝑒𝐻2𝑂 ∗ (𝑇2 − 𝑇𝑏)
(𝑇2 − 𝑇1)
𝐶𝑐𝑎𝑙 = 170.16 [𝐶𝑎𝑙
𝑔°𝐶
⁄ ]
𝑄𝑝 = 𝐶𝑐𝑎𝑙 (𝑇2 − 𝑇1)
𝑄𝑝 = 2041.92[𝐶𝑎𝑙
𝑔
⁄ ]
 Calcule el calor ganado en la fusión de hielo
]
[
93
.
123
)
(
2
2
cal
ganado
Q
o
T
f
T
O
eH
C
o
H
m
ganado
Q
perdido
Q
ganado
Q






 Calcule el calor por mol de hielo en el proceso de fusión.
O
H
fusion
m
Q
H
2


g
Cal
H
g
cal
H
fusion
fusion
81
53
.
1
93
.
123




𝐓𝟏 22ºC
𝐓𝐛 82ºC
𝐓𝟐 34ºC
Matraz lleno 93.443 g
Matraz vacío 56.01 g
𝒎𝒂 37.436 g
𝐓𝟏 27ºC
𝐓𝟐 26ºC
Matraz lleno 57.537 g
Matraz vacío 56.01 g
𝒎𝒂 1.53 g

7. 7
mol
g
g
Cal
H fusion
1
18
*
81


∆𝐻𝑓𝑢𝑠𝑖𝑜𝑛 = 1458 [𝐶𝑎𝑙
𝑚𝑜𝑙
⁄ ]
 Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico
El valor bibliográfico es:
∆𝐻𝑓 = 6,02 𝐾𝐽/𝑚𝑜𝑙
∆𝐻𝑓 = 1438,13 𝑐𝑎𝑙/𝑚𝑜𝑙
Dif % = 
100
*
Vteo
-
Vprac
Vteo

100
*
1458
1458
-
1438,13
1.36 %
La diferencia porcentual es de 1.36%
 Calcule el valor especifico del metal
𝑚𝐻2𝑂𝐶𝐻2𝑂(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑚𝑏) = −𝑚𝐹𝑒𝐶𝐹𝑒(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇2)
𝐶𝐹𝑒 =
−𝑚𝐻2𝑂𝐶𝐻2𝑂(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑚𝑏)
𝑚𝐹𝑒(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇2)
𝐶𝐹𝑒 =
−0.3 ∗ 4.18 ∗ (27 − 19)
0.508 ∗ (27 − 120)
𝐶𝐹𝑒 = 0.21 [
𝐽
𝑔°𝐶
⁄ ]
 Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico
El valor bibliográfico es:
C
g
cal
CeCIL

 059
,
0
Haciendo la conversión correspondiente el valor experimental es:
𝐶𝐹𝑒 = 0.0501 [𝑐𝑎𝑙
𝑔°𝐶
⁄ ]
𝐓𝐚𝐦𝐛 19ºC
𝐓𝐞𝐪𝐮𝐢 27ºC
𝐓𝐅𝐞 120 ºC
M 507.7 g

8. 8
%
18
.
0
0501
,
0
059
,
0
0501
,
0
%
exp





teo
teo
t
C
C
C
Dif
La diferencia porcentual es de 0.18 %
 Calcule la temperatura de equilibrio de la mezcla
𝑇𝑒𝑞𝑢𝑖𝑙𝑖𝑏𝑟𝑖𝑜 𝑒𝑥𝑝 = 38 ℃
𝑚2𝐶𝑒(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑎𝑚𝑏) = −𝑚1𝐶𝑒(𝑇𝑒𝑞 − 𝑇𝑏)
100 ∗ 4.18 ∗ (𝑇𝑒𝑞 − 21) = −250 ∗ 4.18 ∗ (𝑇𝑒𝑞 − 48)
𝑇𝑒𝑞 = 40,28 ℃
 Compare el valor obtenido con el valor bibliográfico
La diferencia porcentual es de 0.057 %
7. CUESTIONARIO
1. Definir e indicar las unidades más comunes de:
Temperatura.
El concepto de temperatura se deriva de la idea de medir el calor o frialdad relativos y de la
observación de que el suministro de calor a un cuerpo conlleva un aumento de su temperatura
mientras no se produzca la fusión o ebullición. ( °C, °K, °R, °F)
Energía interna.
Es la suma de las energías potencial y cinética de las partículas.
Trabajo.
Es el producto de una fuerza aplicada sobre un cuerpo y del desplazamiento del cuerpo en la
dirección de esta fuerza.
La unidad de trabajo en el Sistema Internacional de Unidades es el julio, que se define como el
trabajo realizado por una fuerza de 1 newton a lo largo de un metro.
Entalpía.
Cantidad de energía de un sistema termodinámico que éste puede intercambiar con su entorno.
H se mide en julios.
2. Respecto a la pregunta anterior, clasificar dichas variables según su dependencia con la
masa.
𝐦𝟏 250 g
𝐓𝐛 48ºC
𝐦𝟐 100 g
𝐓𝐚𝐦𝐛 21ºC
0567
,
0
28
,
40
28
,
40
38
% exp





eq
eq
T
T
T
Dif

9. 9
EXTENSIVAS INTENSIVAS
Calor Temperatura
Energía interna Entalpía
Trabajo
3. Definir e indicar las unidades de:
Caloría.
La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de 1 gramo de agua de 14,5 a 15,5 °C.
caloría-gramo (cal)
Calor especifico
El calor específico se define como el calor necesario para elevar la temperatura de un gramo de
una sustancia, en un grado Celsius (también un kelvin) sin cambio de fase..










C
g
cal
t
m
q
Ce
Capacidad calorífica.
La capacidad calorífica molar, C de una sustancia, es la cantidad de calor que debe añadirse a
un mol de sustancia en un grado Celsius. El flujo de calor o energía calorífica q se puede calcular
a partir de la siguiente expresión:
t
nC
q 

donde n es el número de moles de sustancia y C es la capacidad calorífica molar.
Calor integral de solución.
El calor que interviene en el proceso verificado a presión constante, si el trabajo de expansión
es nulo, el efecto térmico en la reacción.
Calor de dilución.
Es igual a la variación de energía del sistema que reacciona.
4. Determinar la temperatura de equilibrio, cuando en un calorímetro de constante
calorimétrica despreciable se mezclan 100 [g] de agua a la temperatura de ebullición (acá
en La Paz) con 100 [g] de agua a 0°C. Cp agua = 1 [cal / °C g]
m1=100 g t1=88 °C Cp=1 cal/°Cg
m2=90 g t1=0 °C
perdido
ganado q
q 

)
t
88
(
mCp
)
0
t
(
mCp e
e 


C
44
te 

5. En un calorímetro que inicialmente contiene 100 [g] de agua a 10 °C, se agregan 200 [g]
de agua líquida a 100 °C. Determinar la constante del sistema calorimétrico.
perdido
ganado q
q 


10. 10
)
t
100
(
Cp
m
)
10
t
(
Cp
m
H
m e
2
e
1
f
1 




)
10
53
(
100
)
50
100
(
200
80
*
100
)
10
t
(
m
)
t
100
(
m
H
m
Cp
e
2
e
2
f
1









C
g
cal
56
.
1
Cp


8. CONCLUSIONES
No pudimos construir el calorímetro debido a que el laboratorio contaba con este equipo.
Experimentamos la transferencia de energía que se produjo entre un metal a altas
temperaturas y el agua a condiciones normales, se construyó y se midió la capacidad
calorífica de un calorímetro, se calculó teóricamente el calor absorbido en un sistema
determinado.
Para realizar la calibración del calorímetro y la determinación del calor de fusión del
hielo tuvimos un gran error al momento de colocar los materiales puesto que no pusimos
el matraz Erlenmeyer en el vaso de precipitados y esto nos retardo mucho ya que tuvimos
que iniciar todo de nuevo es por eso que es recomendable leer y seguir al pie de la letra
todo el procedimiento que la guía nos indica.
Compramos todos los valores que se obtuvieron en el laboratorio con los valores
bibliográficos es valores no tenían mucha diferencia.
9. ANEXOS

11. 11

12. 12
10. BIBLIOGRAFIA
https://es.wikipedia.org/wiki/Tratamiento_de_aguas_residuales_de_origen_industrial
FERNÁNDEZ, M. R. y otros. Química General. Madrid: Editorial Everest, 1999
Guía del laboratorio
“Problemas de Química General” J. Ibarz
“Manual del Ingeniero Químico” Perry, Jhon H.