Protocolos Experimentales de Laboratorio: Medición de Calores Termodinámicos y Cinética de Reacciones

Determinación del Calor de Fusión del Hielo

Este procedimiento busca determinar el calor latente de fusión del hielo mediante el método del calorímetro.

1. Vierta agua (H₂O) común a temperatura ambiente (T. amb.) en el espacio anular del calorímetro hasta que esté lleno.
2. Caliente 140 mL de H₂O hasta una temperatura de 60 °C.
3. Mientras calienta el agua, coloque 50 mL de agua normal en el calorímetro.
4. Tome la lectura de la temperatura inicial del agua que se encuentra dentro del calorímetro.
5. Coloque 60 g de hielo en un vaso de precipitación y pese el vaso más el hielo.
6. Coloque el hielo en el calorímetro.
7. Pese el vaso más el agua restante. Por diferencia de peso, se obtendrá el peso exacto del hielo que se colocó en el calorímetro.
8. Inmediatamente después de verter los 140 mL de agua caliente dentro del calorímetro, tome la temperatura final o de equilibrio.

Determinación del Calor Específico de un Sólido

Este experimento permite calcular el calor específico de una muestra metálica utilizando el principio de equilibrio térmico.

1. En un vaso de precipitado, calentar H₂O hasta el punto de ebullición.
2. Pesar el metal cuyo calor específico se determinará en la práctica.
3. Anudar un hilo a la muestra metálica de manera que permita colocar y sacar la muestra fácilmente del agua caliente.
4. Colocar la muestra dentro del vaso de precipitado que contiene el H₂O caliente.
5. Dejar hervir el H₂O hasta que se alcance el equilibrio térmico entre el agua en ebullición y la muestra metálica (por lo menos 5 minutos).
6. Verter 200 mL de H₂O, que está a temperatura ambiente (T. amb.), en el calorímetro.
7. Esperar unos tres minutos y después leer la temperatura del H₂O que está dentro del calorímetro.
8. Trasladar rápidamente la muestra del metal (caliente) hacia el calorímetro.
9. Determinar la temperatura final o de equilibrio.

Calor de Dilución

Medición del cambio de entalpía asociado a la dilución de un ácido concentrado.

1. Mida la temperatura inicial (Tᵢ) del ácido sulfúrico.
2. Colocar 200 mL de H₂O destilada en un calorímetro.
3. Tomar la lectura de la temperatura del agua en el calorímetro.
4. Añadir 5 mL de ácido sulfúrico concentrado dentro del calorímetro.

Advertencia de Seguridad: Siempre vaciar el ácido sobre el agua, y nunca a la inversa.

Calor de Solución

Determinación del calor liberado o absorbido al disolver hidróxido de sodio (NaOH) en agua.

1. Verter 250 mL de H₂O destilada dentro del calorímetro.
2. Leer la temperatura del H₂O.
3. Pesar 20 g de NaOH en el menor tiempo posible.
4. Nota: El NaOH es una sustancia higroscópica y absorbe la humedad de la atmósfera durante la pesada.
5. Vaciar el NaOH pesado, con ayuda de una espátula, en el calorímetro con H₂O destilada.
6. Remover el contenido del calorímetro con una varilla de vidrio para facilitar la disolución.

Calor de Neutralización

Medición del calor liberado en la reacción entre un ácido fuerte (HCl) y una base fuerte (NaOH).

1. Mida 100 mL de NaOH 1N en una probeta. Anote la temperatura (T) después de 3 minutos.
2. Mida 100 mL de HCl 1N en una probeta. Anote la T después de 3 minutos.
3. Vierta el NaOH en el calorímetro.
4. Agregue el ácido (HCl) al calorímetro.
5. Tape rápidamente y agite suavemente hasta que no observe variación de temperatura.

Ley de Hess en un Proceso de Neutralización

Verificación de la Ley de Hess comparando la entalpía de neutralización directa con la suma de las entalpías de disolución y neutralización en solución.

Parte A: Neutralización Directa (Sólido + Ácido)

1. Mida la temperatura del HCl 1N.
2. Mida 100 mL de HCl y viértalo en el calorímetro.
3. Añada 10 g de NaOH sólido.
4. Agite y anote la temperatura de equilibrio.

Parte B: Neutralización en Dos Etapas (Disolución + Neutralización)

5. Deseche el contenido de la experiencia anterior y lave el calorímetro.
6. Vierta 100 mL de H₂O destilada en el calorímetro.
7. Añada 10 g de NaOH sólido y agite con una varilla de vidrio. Anote la temperatura inicial y final (Calor de Solución).
8. A la solución de NaOH(aq) obtenida, añada 100 mL de HCl 1N.
9. Anote la temperatura final.

Cinética Química

Reacción de Saponificación del Acetato de Etilo

Estudio de la velocidad de reacción de la saponificación del acetato de etilo mediante titulación.

1. Aforar una bureta con la solución de HCl 0.02 M.
2. Medir 60 mL de acetato de etilo con una probeta y agregarlos a un vaso de precipitados de 250 mL que servirá como reactor.
3. Adicionar 2 o 3 gotas (gts) de fenolftaleína al vaso de precipitados (reactor).
4. Adicionar 60 mL de NaOH al reactor e inmediatamente proseguir con el siguiente paso.
5. Tomar una alícuota (10 mL) del sistema.
6. Adicionar la alícuota a un matraz Erlenmeyer y titular con HCl 0.02 M.
7. Repetir los pasos 5 y 6 cada 3 minutos (tomar lectura).