GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS -QUIMICA

GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Práctica No. 1 PRESIÓN ATMOSFÉRICA 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO Los datos y constantes fisicoquímicas más importante son: la temperatura del medio ambiente, presión atmosférica, humedad relativa, el punto de ebullición del agua y la altura sobre el nivel del mar, punto de fusión, ebullición y constantes críticas de una sustancia. La presión se define como una fuerza que actúa perpendicularmente sobre una determinada superficie o área. La unidad de presión en SI es el pascal (Pa), donde la fuerza se expresa en Newton (N) y el área en m2. La presión atmosférica es la presión que ejerce el aire sobre la superficie terrestre. Torricelli demostró que la presión atmosférica, resiste a una columna de mercurio cuya altura mide esta presión. 2. COMPETENCIAS El estudiante determina la presión atmosférica mediante el punto de ebullición de un líquido puro como el agua destilada, etanol, éter dietílico, cloroformo y sulfuro de carbono. 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS          Cronómetro Hornalla Probeta Vaso de precipitado Termómetro Pizeta Etanol Cloroformo Aceite comestible 4. TECNICA O PROCEDIMIENTO Para poder obtener el punto de ebullición del agua, inicialmente se midió en un vaso de precipitado 50 ml de líquido midiendo la temperatura ambiente del mismo, para luego llevarlo a la hornalla e iniciar la toma de datos con respecto al incremento de temperatura hasta que alcance su punto de ebullición, los datos serán levantados cada dos minutos. 1 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA.Aproximadamente 90 minutos. 6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS.Con la información recopilada experimentalmente, y haciendo uso de las tablas de presión de vapor de los líquidos estudiados, se procederá a calcular la presión atmosférica con cada uno de los líquidos y por consiguiente la presión atmosférica en Cochabamba. Según datos de ASANA el dato de la presión atmosférica es la siguiente: Patm= ……….. h Pa P = ………. mm Hg Las tablas de las prácticas experimentales son las siguientes: AGUA DESTILADA El agua destilada tiene un punto de ebullición de …….. °C en Cochabamba. La tabla de datos es la siguiente: tiempo (min) Temp pVapor 0 2 Según tablas y con los datos reunidos obtenemos la siguiente presión atmosférica con el agua destilada: P = ………… mm Hg CLOROFORMO El cloroformo tiene un punto de ebullición de ….. °C en Cochabamba. Su tabla es la siguiente: tiempo (min) TempºC pVapor 2 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 0 2 ETER DI ETÍLICO. El punto de ebullición del eter etílico en Cochabamba es de ….. ° C y su tabla es la siguiente: tiempo (min) temp ºC pVapor 0 Según tablas y con los datos reunidos obtenemos la siguiente presión atmosférica con el éter dietílico: P = ………… mm Hg Determine la viscosidad de un líquido a partir de la viscosidad del agua y densidades del agua y del líquido problema. 7. CUESTIONARIO 1.- Cómo varía la presión atmosférica con respecto a la altura sobre el nivel del mar. Graficar altura versus presión atmosférica, y altura versus ln presión atmosférica, en papel milimetrado. 2.- Con base a la ecuación siguiente, dada por el texto Fisicoquímica de Castellán, calcular la presión atmosférica a 2550 metros sobre el nivel del mar. Ln p – ln po = - M g z / RT 3.- A qué altura sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es prácticamente igual a cero. 4.- Qué es la humedad relativa. 5.- Cómo se determina la “humedad relativa” en laboratorio. 6.- A 60 oC, la presión de vapor de equilibrio del agua es 0.197 atm. ¿Qué volumen ocupa una mezcla de aire húmedo a 60 oC si la humedad relativa es del 100 %. Y qué fracción del agua se condensará si la presión total de la mezcla aumenta isotérmicamente hasta 200 atm. 3 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Práctica No. 2 MASA MOLAR DE SUSTANCIAS VOLÉTILES (DUMAS) 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO Los gases se expanden libremente hasta llenar el recipiente que los contiene, y su densidad es mucho menor que la de los líquidos y sólidos. Dumas demostró que la masa molecular de ciertos compuestos orgánicos es directamente proporcional a la densidad del vapor del compuesto y, a partir de este principio, ideó un valioso método para determinar las masas moleculares, especialmente de gases y líquidos con puntos de ebullición bajos. 2. COMPETENCIAS El estudiante conoce y aplica el método de Dumas para poder determinar la densidad del vapor de un líquido volátil, pesando directamente un volumen del gas a una temperatura, presión y volumen determinado. 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS                  Anillos (1) Bulbos de Dumas (2) Lima (1) Mecheros (2) Pesa filtros (2) Pinzas para bureta (1) Pinzas para crisol (1) Pinzas rectas (1) Porta –bulbo (1) Probeta de 25ml(1) Soporte (1) Tela de alambre con asbesto (2) Termómetro de 0-110 ºc (1) Hornilla Vasos de precipitados Agua destilada Tetracloruro de carbono 4 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 4. TECNICA O PROCEDIMIENTO   Primero se pesa un bulbo de Dumas abierto al aire, se lleva con vapor de una sustancia pura a temperatura y presión conocidas, se sella, se pesa y finalmente, se pesa el bulbo llena con agua: De los datos obtenidos se conoce el volumen del vapor. Limpie y seque cuidadosamente el bulbo de Dumas. Para secar la parte interna del bulbo, caliéntelo con agua hirviendo o con la llama amarrilla del mechero. Asegurase de que el bulbo termine en tubo capilar de 1mm de diámetro y 1 o 2 cm de largo. 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA 90 minutos aproximadamente 6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS.DENSIDAD DE GASES Y PESO MOLECULAR (Método de Dumas) PRACTICA EXPERIMENTAL GRUPO 1 PESO DEL BALON + TAPON + CAPILAR + AIRE ……… g PESO DEL AIRE EN EL BALON ………. g PESO DEL BALON + TAPON +CAPILAR + GAS DEL ………. g LIQUIDO PESO DEL BALON + TAPON + CAPILAR ……….. g PESO DEL GAS DESCONOCIDO ……….. g VOLUMEN BALON ………… cm3 TEMPERATURA DE VAPORIZACION (aceite) …….ºC+273,15=……….K TEMPERATURA AMBIENTAL …..ºC+273,15=……….. K PRESION ATMOSFERICA ………….mmHg PESO MOLECULAR DEL GAS ………….. g/ml DENSIDAD DEL GAS ………… g/L 5 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 7. CUESTIONARIO 1.- ¿Cuáles son los errores experimentales en la práctica? 2.- ¿Cómo se podrán corregir los posibles factores que producen el error experimental? 3.- ¿Cómo se determina el peso molecular exacto de una sustancia? 4.- Porque el peso molecular experimental tiene generalmente valor más alto que el peso molecular teórico. 5.- Un matraz abierto al aire pesó 24.173 g. El matraz se llenó con el vapor de un líquido orgánico y se selló a la presión atmosférica a 100 oC. A temperatura ambiente, el matraz pesó 25.002 g. Entonces, el matraz se abrió y se llenó con agua a temperatura ambiente, después de lo cual pesó 176 g. La presión atmosférica es 725 Torr Todas las pesadas se hicieron a temperatura ambiente de 25 oC. Cuál es el peso molecular del líquido orgánico volátil? 6. Se determinó el peso molecular del éter dietílico por el método de Meyer, se obtuvieron los siguientes resultados: Peso del éter = 0.1023 g Volumen del aire desplazado = 35.33 mL Temperatura =32.5 oC Presión atmosférica = 743.95 Torr Con estos datos calcular el peso molecular del éter. 7. Un cierto gas tiene las siguientes densidades a 300 K Presión atm 0.400 0.800 1.000 Densidad g/L 1.512 3.088 3.900 A partir de estos datos calcular el peso molecular del gas con la mayor aproximación posible. 8. El peso molecular del ozono fue determinado experimentalmente habiéndose obtenido los siguientes datos: Temperatura= 28.2 ºC Peso de la ampolla llena de ozono = 6.7624 g Peso de la ampolla vacía = 6.5998 g Presión del ozono en la ampolla = 274.4 torr Volumen de la ampolla = 235.67 mL A partir de estos datos calcular el peso molecular del ozono. 6 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Práctica No. 3 PESO MOLECULAR POR CRIOSCOPIA 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO Se aplica utilizando las propiedades coligativas de las soluciones. Utilizando solutos no iónicos y no volátiles disueltos en un solvente polar o no polar en el cuál se disuelva; se deben conocer las propiedades fisicoquímicas del disolvente como el punto de fusión y la constante crioscópica 2. COMPETENCIAS El estudiante determina el peso molecular de una sustancia desconocida como el anticongelante Prestone, en base a las propiedades coligativas de las soluciones. 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS.Vaso pequeño  Vaso de 600 ml  Varilla termómetro  Cronometro  Balanza  Vidrio de reloj  Espátula  Pipeta  Probeta  Sal  Prestone. 4. TECNICA O PROCEDIMIENTO.Se prepara la mezcla de refrigerante con hielo machacado y luego saturando con exceso de sal común (NaCl), en el vaso de precipitado grande.  En un vaso pequeño se colocan 50 gramos de agua, siendo la densidad del agua 1 g/cm3 equivalentes a 50 cm3 de H2O destilada, luego y se añaden 5 g de la muestra de Prestone  Se introduce el vaso con la muestra en el vaso refrigerante y se inicia el proceso de congelación desarrollando un diagrama de tiempos en minutos versus temperatura de la muestra hasta alcanzar la congelación de la solución con prestone.  Se finaliza el proceso cuando la temperatura se mantiene constante. 7 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA.90 minutos aproximadamente 6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS.Con las ecuaciones correspondientes encontrar el valor del incremento de la temperatura. Mediante la ecuación correspondiente calcular el peso molecular basándose en las propiedades coligativas que incluyen el peso molecular. 7. CUESTIONARIO.1. Determinar el porcentaje error experimental. A qué factores se atribuyen el error experimental. 2. Una solución compuesta de 10 g de soluto orgánico no volátil en 100 g de éter dietílico tiene una presión de vapor de 426.0 mm a 20 °C. Si la presión de vapor del éter puro es de 442.2 mm a la misma temperatura. ¿Cuál es el peso molecular del soluto? 3. Si 30 g de difenilo se disuelven en 250 g de benceno. ¿Cuál será el punto de ebullición resultante bajo la presión atmosférica? 4. Una solución contiene 5 g de un soluto orgánico por 25.00 g de CCl4 y hierve a 81.5 °C a la presión atmosférica. ¿Cuál es el peso molecular del soluto? Con los datos de la tabla calcular el calor molar de vaporización del alcohol etilico 8 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Práctica No. 4 CALORIMETRIA 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO El incremento de calor en un cambio físico o químico se evalúa en un calorímetro. Antes de realizar cualquier experimento en un calorímetro, debe determinarse la constante del calorímetro, que es la cantidad de calorías que se invierte en calentar el calorímetro, para una masa fija de agua y por aumento de 1°C en la temperatura. La termoquímica estudia los cambios de calor que acompañan a las reacciones. Estas son endotérmicas si absorben calor, o exotérmicas si desprenden calor. 2. COMPETENCIAS El estudiante determinar la constante del calorímetro, determina el calor de reacción en una reacción acido-base realizada en el calorímetro. 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS  Calorímetro Termómetro  Matraz aforado  Vaso de precipitado  Varilla  Hornilla  Hidróxido de sodio  Ácido sulfúrico  Etanol. 4. TECNICA O PROCEDIMIENTO El cambio de entalpía ocurrido en la reacción directa es exactamente opuesto a la reacción inversa. Este efecto térmico es el mismo, sin importar si la reacción ocurre o en una o varias etapas. La magnitud del cambio depende de la constitución, el estado físico de reactivos y productos. Los cambios térmicos pueden ocurrir a presión constante o a volumen constante: H=q y  U=q Donde  H representa cambio de entalpía, y  U cambio de energía interna. El primero se 9 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA puede medir en un vaso aislado térmicamente (termo Dewar) y el segundo se mide en una bomba calorimétrica. 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRACTICA 90 minutos aproximadamente. 6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS En este experimento se determina el calor de fusión del agua en forma de hielo que puesto en contacto con agua a mayor temperatura se produce el cambio de estado fisico del hielo en agua líquida, este calor absorbido se llama calor de fusión del agua. H2O(s)  H2O(l) + Qfusión  H= -Qfusión En primer lugar se determina el equivalente calórico en agua del aparato. En un frasco Dewar, se miden 500 ml de H 2O y se anota la temperatura correspondiente (t1 ). Luego se introducen otros 500 ml de H2O a mayor temperatura por ejemplo 20 oC más es la temperatura t2 luego se vierte esta H2O caliente al vaso Dewar, se uniforma la temperatura y se anota la temperatura más alta alcanzada, es la t3. El calor cedido por el agua caliente debe ser igual al calor ganado por el agua fría y el frasco Dewar. Por consiguiente se tiene la igualdad: 500 (t2 - t3) = W (t3 - t1) + 500 (t3 - t1) en la que W es el equivalente calórico en agua del Dewar. Luego de haber calibrado el calorímetro sobre los 1000 mL de agua a la temperatura t3 se adicionó a 150 gramos luego de homogenizar el contenido se determina la temperatura de equilibrio t4. Por balance calórico de que el calor ganado por el hielo es igual al calor perdido por el agua caliente, se determina el calor de fusión del agua 10 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA 7. CUESTIONARIO 1. Determinar el porcentaje de error experimental. 2. A qué factores son atribuibles el error experimental. 3. Si se queman completamente 3.0539 g de etanol C2H5OH líquido, a 25 oC en un calorímetro de bomba, el calor desprendido es 90.447 kJ. a) Calcular el Δ H molar de combustión para el etanol a 25 oC. b) Si el ΔH o f del CO2(g) y del H2O(l) son -393.51 kJ/mol y -285.83 kJ/mol, respectivamente, calcular el ΔH o f del etanol. c) Si el incremento de de temperatura en el experimento es 1.275 oC. Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro y su contenido. 4. a) El calor molar de combustión del Naftaleno C10 H8 es 1228.2 cal/ mol, Sí se Combustiona 0.3 gramos de este compuesto en un calorímetro se produce un Aumento de temperatura en el agua de 2.05 oC. Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro. b) Si se quema 1.52 gramos de un compuesto orgánico desconocido en el mismo Calorímetro y se produce un aumento de temperatura en el agua de 1.845 oC. Cuál es el calor de combustión del compuesto desconocido en calorías por gramo 5. El calor molar de combustión del Naftaleno C10 H8 es 1228.2 cal/ mol, Sí se combustiona 0.3 gramos de este compuesto en un calorímetro se produce un aumento de temperatura en el agua de 2.05 oC. Cuál es la capacidad calorífica del calorímetro. 6. 200gr. Hg. A 100°C (calentado) son añadidos 80 gr. De H2O que se halla a 20°C. Calcular el cambio de entropía para: a) Mercurio. b) Agua. c) ∆S total El C especifico del Hg es 0.0334 cal / g°C 7. Calcular la temperatura final. 8. Calcular el ∆S del H2O cuando un mol inicialmente a 20° C es enfriado hasta menos 10° C a una atm. de presion, los valores de CpHielo = 9 cal / K mol , CpH2O = 18 cal / K mol y ∆HfH2O = 1440 cal / mol. 11 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Práctica No. 5 DIAGRAMA DE FASES 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO La representación gráfica completa del comportamiento de un soluto en medio de un disolvente se conoce como un diagrama de fases, esta curva puede obtenerse a partir de la representación gráfica del punto de la solidificación de soluciones que contienen un componente A como disolvente y otro B como soluto y representados en una escala conveniente nos lleva en forma simple y general a un diagrama de fases. El punto de fusión del disolvente A desciende a medida que aumenta la proporción del soluto B y el punto de solidificación de B considerado como disolvente va decreciendo al agregar el soluto A. Ambas curvas se encuentran en un punto mínimo conocido como eutéctico cuya temperatura y composición depende de ambos componentes. 2. COMPETENCIAS El estudiante podrá determinar el punto de solidificación de diferentes composiciones de mezclas y determinar el punto Eutéctico de la mezcla mediante el diagrama de fases. 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS              Hornilla Baño Maria Vaso de precipitado Tubos de ensayo Varillas Espátula Vidrio de reloj Mechero Termómetro Gradilla Naftaleno Alcanfor Diclorobenceno 4. TECNICA O PROCEDIMIENTO Se coloca la mezcla pesada en un tubo de ensayos donde la composición contiene una muestra de los dos componentes en diferente proporción y vacía su contenido al tubo de 12 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA ensayo y luego este en el baño Maria, por efecto de la temperatura la mezcla sólida ingresa en fusión y en estas condiciones se agita con la varilla y se introduce el termómetro y se deja enfriar lentamente hasta que aparezcan los primeros cristales a una temperatura constante que corresponde a la fusión de la mezcla. Se repite el procedimiento con seis de clases de muestras diferentes y se determinan los puntos de fusión. Estos datos se trasladan a la gráfica para encontrar el diagrama de fases previa transformación de los datos de composición a porcentajes, uniendo los puntos se obtiene la curva del diagrama de fusión de una mezcla que presenta un punto Eutectico con una temperatura y composición fija y constante. 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA Aproximadamente 90 minutos. 6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS Los datos encontrados experimentalmente deben ser representados en un diagrama que considere la composición en el eje de las abscisas, y la temperatura de fusión de la mezcla en ordenadas, la curva debe ser continua que tiene un punto mínimo que corresponde al eutéctico de la mezcla. 7. CUESTIONARIO a) Determinar el porcentaje de error experimental. b) A qué factores son atribuibles los efectos del error experimental. 13 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA Práctica No. 6 VISCOSIDAD 1. CONOCIMIENTO TEORICO REQUERIDO El coeficiente de viscosidad se define como el grado de escurrimiento o traslación de un líquido. La unidad de viscosidad es el Poise y es la viscosidad de un fluido en el cual la fuerza de una DINA por Centímetro cuadrado ocasiona el desplazamiento de un plano por una superficie paralela a una distancia de un centímetro y a una velocidad de un centímetro por segundo. El coeficiente de viscosidad de un líquido puede medirse utilizando el método del viscosímetro de Ostwald. 2. COMPETENCIAS El estudiante determina la viscosidad de un líquido con un Viscosímetro de Otswald 3. MATERIALES, REACTIVOS Y EQUIPOS  Viscosímetro de Ostwald  Pipeta  Probeta  Vaso de precipitados  Baño Maria  Cronometro  Picnómetro  Balanza  Etanol  Metanol  Benceno. 4. TECNICA O PROCEDIMIENTO Inicialmente se realiza la calibración del viscosímetro midiendo el tiempo de descarga del agua destilada y cronometrando el tiempo que pasa un volumen especificado de líquido a través del capilar del viscosímetro a una temperatura especificada. Luego se realizan las determinaciones de viscosidad de otros líquidos más livianos que el agua por ejemplo el Benceno o el Etanol a diferentes temperaturas encontrándose las curvas de viscosidad que muestran su 14 GUIAS DE PRÁCTICA BASICAS - QUIMICA Código de registro: RE-10-LAB-022-001 Versión 1.0 UNIVERSIDAD DEL VALLE LABORATORIO DE FISICOQUIMICA variación a otras temperaturas fuera de lo normal. Además se realiza la Liberalización mediante el logaritmo natural versus el tiempo, de esta manera se obtiene una tabla de viscosidades de un líquido a diferentes temperaturas. 5. TIEMPO DE DURACION DE LA PRÁCTICA Aproximadamente 90 minutos 6. MEDICIÓN, CALCULOS Y GRAFICOS Determine la viscosidad de un líquido a partir de la viscosidad del agua y densidades del agua y del líquido problema. 7. CUESTIONARIO a) Determinar el porcentaje de error experimental b) Factores que determinan el error experimental. 15