Entalpia alcohol
0 likes468 views
Protocol de prctica de laboratori per determinar el calor d'una reacci坦 de combusti坦 d'un alcohol.
Entalpia alcohol
- 1. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia 25. Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols Objectius Trobar el valor del canvi dentalpia en la combusti坦 duna s竪rie dalcohols. Comprovar de quina manera es poden avaluar experimentalment les energies denlla巽. Introducci坦 La variaci坦 dentalpia en cremar un alcohol es determina experimentalment, transferint lenergia alliberada en la combusti坦 a una massa daigua. Com que els dispositius que podem fer servir en el laboratori s坦n molt senzills, els errors els minimitzarem trobant primer quanta energia necessita el nostre muntatge per augmentar la seva temperatura en un grau quan cremen una quantitat determinada detanol. Despr辿s, amb el mateix muntatge, es cremen altres alcohols de manera que mesurant simplement laugment de temperatura del dispositiu, podrem calcular lenergia alliberada en la combusti坦 de cada alcohol. Material i Equipament Equipament Reactius i altres materials - Llnties d'alcohol (4). Cada una cont辿 un dels alcohols seg端ents: Etanol etanol LIQUID 1-propanol INFLAMABLE 1-butanol 1-propanol 1-pentanol 1-butanol - Llauna de begudes buida NOCIU - Paper dalumini, filferro prim i,opcionalment, tela gruixuda de llana de vidre 1-pentanol - Suport per aguantar la llauna - Term嘆metre 0-110尊C, sensibilitat 0,5尊C PRECAUCI: Ulleres de seguretat. La llana de 3 - Proveta de 250 cm vidre pot causar al揃l竪rgies. Usa guants de treball - Alicates per treballar amb el filferro per manipular-la. - Balan巽a de sensibilitat m鱈nima 0,1 g Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -1-
- 2. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia Procediment Muntatge i execuci坦 de l'experi竪ncia 1. Construeix el teu "calor鱈metre" de la seg端ent manera: - Embolica una llauna amb paper dalumini, millor que hi posis triple capa, deixa unes faldilles que sobresurtin per la part inferior uns 3 cent鱈metres. Aix嘆 evitar que les flames desbordin per lexterior de la llauna quan cremis un alcohol. Fes servir un filferro prim per lligar el paper dalumini a la llauna. - Si, a m辿s, tens tela de llana de vidre, fes-ne servir per llauna envoltar el paper dalumini per tal de fer un bon a誰llament. paper dalumini Lliga-la tamb辿 amb filferro prim. 2. Amb la proveta, mesura 250 cm3 d'aigua i posa'ls dins la llauna. 3. Agafa la llntia que cont辿 etanol i pesa-la. Pren nota del pes. 4. Posa el term嘆metre dins la llauna i usant-lo com a agitador, v辿s remenant l'aigua mentre esperes fins que s'estabilitzi la lectura del term嘆metre. Apunta la temperatura inicial de l'aigua. 5. Col揃loca la llntia amb etanol sota el calor鱈metre, enc辿n-la i vigila el term嘆metre. Quan vegi's que ha pujat uns 10尊C. Apaga la llntia, amb el seu tap. Amb el term嘆metre com a agitador, remena l'aigua fins que la temperatura ja no pugi m辿s. Anota ara la temperatura final de l'aigua. 6. Pesa la llntia que cont辿 l'etanol una altra vegada. Anota el seu pes. L'entalpia de combusti坦 de l'etanol en condicions estndard 辿s de H尊 = -1367 kJ mol-1. Amb les dades que has recollit has de calcular l'energia que s'ha de transferir al calor鱈metre perqu竪 la seva temperatura augmenti en 1尊C. A aquest valor l'anomenarem factor de calibraci坦 del calor鱈metre, C. Si disposes de temps, es convenient que repeteixis tots els passos una altra vegada i que agafis els valors mitjans. 7. Agafa una altra llntia que contingui un alcohol diferent de l'etanol i repeteix els passos i mesures 3 a 5. Pesa, en acabar, la llntia, recordant de tapar-la, per evitar que l'alcohol s'evapori quan no est encesa la llntia. Si la temperatura de l'aigua ha pujat per sobre del 50尊C, conv辿 que canvi誰s l'aigua del calor鱈metre. Anota els resultats en una taula de dades. 8. Repeteix els passos 3, 4, 5 i 7 amb altres alcohols, en el cas que aix鱈 ho indiqui el teu professor, en cas contrari, consulta les dades obtingudes per altres grups i copia- les en la teva taula de dades. 9. En acabar l'experiment torna les llnties d'alcohol al lloc on t'indiqui el professor. Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -2-
- 3. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia Adquisici坦 i enregistrament de les dades Les dades les pots anar recollint en unes taules com les seg端ents: Llntia amb etanol massa final de la llntia / g , mf = temp. final aigua / K, tf = massa inicial de la llntia / g , mi = temp. inicial aigua / K, ti = mf - mi quantitat d'etanol cremat / mol , n = 錚э = T/K = 46 Energia transferida al calor鱈metre / kJ , H = 1367 kJ x n = H Factor de calibraci坦 del calor鱈metre / kJ K , C = 錚э = -1 T Llnties amb els altres alcohols Alcohol Etanol 1-propanol 1-butanol 1-pentanol massa molar, M 46 T del calor鱈metre mf - mi mols cremats, n = 錚эээ M Energia transferida / kJ, H = C x T H Entalpia de combusti坦 / kJ mol , H尊c = 錚э - 1367 -1 n Anlisi de les dades 1. Compara les dades que has calculat amb els valors de les entalpies de combusti坦 de les taules de dades. Pots calcular l'error que d坦na aquest m竪tode respecte dels valors de les taules de dades? Quines millores suggereixes a l'experiment? 2. Les mol竪cules de 1-pentanol difereixen de les de 1-butanol en un grup -CH2- de m辿s. El mateix passa entre les mol竪cules de 1-butanol i les de 1-propanol i entre aquestes i les d'etanol. Representa en un grfic el nombre dtoms de carboni de cada alcohol enfront dels valors de les entalpies de combusti坦. La forma del grfic tha dindicar que hi ha una progressi坦 en els valors daquestes entalpies. Quina 辿s aquesta pauta? En cas que no ho vegis clar pots fer el seg端ent: Calcula quines difer竪ncies hi ha entre les entalpies de combusti坦 de cada alcohol respecte de l'anterior amb un grup -CH2- de menys. Usa la seg端ent taula per posar els valors de les entalpies de combusti坦 : Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -3-
- 4. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia -1 H尊c / kJ mol -1 Alcohol Difer竪ncia entre dos valors consecutius / kJ mol Metanol -726 Etanol -1376 H尊c (etanol) - H尊c (metanol) = 1-propanol -2021 H尊c (1-propanol) - H尊c (etanol) = 1-butanol -2675 H尊c (1-butanol) - H尊c (1-propanol) = 1-pentanol -3328 H尊c (1-pentanol) - H尊c (1-butanol) = 1-hexanol -3983 H尊c (1-hexanol) - H尊c (1-pentanol) = 1-heptanol -4637 H尊c (1-heptanol) - H尊c (1-hexanol) = 3. Calcula la mitjana de les difer竪ncies. Explica ara quina 辿s la pauta de progressi坦 en els valors daquestes entalpies 4. Explica per qu竪 es convenient emprar el terme "valor mitj" per a les entalpies d'enlla巽 entre dos toms. 5. Quina seria l'entalpia de combusti坦 de l1-octanol? Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -4-
- 5. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols Material per al professorat Orientacions didctiques Temporitzaci坦 ! 1 hora per a lexperimentaci坦 ! 1 hora per al q端estionari Alumnes als quals s'adre巽a lexperi竪ncia Alumnes de batxillerat Orientacions metodol嘆giques Si es fes el clcul de la calor transferida a laigua per la f坦rmula E = m ce. t, els valors dentalpies tindrien errors molt grans respecte als reals, a causa de les elevades p竪rdues de calor que t辿 el muntatge. Per evitar-ho, en aquesta activitat, sagafa com a refer竪ncia un alcohol (letanol), del qual es coneix la seva entalpia de combusti坦 i es calcula la quantitat denergia necessria perqu竪 el muntatge que utilitzem augmenti en 1尊C. s a dir, definim una constant del calor鱈metre, K = kJ/尊C En cremar els altres alcohols, nom辿s hem de mesurar laugment de temperatura, el qual multiplicat per la constant K, ens d坦na el canvi dentalpia de combusti坦. Al final daquest document trobareu un esquema de tots els passos i clculs que es fan. Orientacions t竪cniques El projecte Nuffield de qu鱈mica avan巽ada (1) i el projecte ILPAC (2), proposen aquesta mateixa activitat, per嘆 usant un calor鱈metre de flux continu: els gasos de la combusti坦 circulen a trav辿s dun serpent鱈, transferint la calor a la massa daigua, amb aquest muntatge, redu誰m al m鱈nim les p竪rdues de calor a lambient. La construcci坦 daquest calor鱈metre est explicada en el numero 6 de la revista Alambique (3). El calor鱈metre de flux continu, descrit en el projecte ILPAC (1) Nuffield Advanced Chemistry. Longman. Group. Burnt Hill. UK. 1978 (2) ILPAC. Jhon Murray. London. 1990. Sha fet una Traducci坦 i adaptaci坦 al COU per la Comissi坦 de F鱈sica i Qu鱈mica del Col.legi de Doctors i Llicenciats. (Grup Girona). (Disponible en el Centre Didctic del Col揃legi de Llicenciats de Catalunya). (3) J. Corominas. Calor鱈metro para determinar entalp鱈as de combusti坦n. Alambique, 6, 1995. Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -5-
- 6. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia Conclusions Resultats esperats i anlisi de les dades 1. Els valors de les entalpies de combusti坦 dels alcohols s坦n: ALCOHOL metanol etanol 1-propanol 1-butanol 1-pentanol 1-hexanol 1-heptanol H尊C / kJ mol-1 - 726 -1367 -2021 -2675 -3328 -3983 -4637 Els alumnes poden trobar valors amb un error relatiu igual o menor al 10%. 2. La representaci坦 grfica donar, aproximadament una recta. -1 H尊c / kJ mol -1 Alcohol Difer竪ncia entre dos valors consecutius / kJ mol Metanol -726 Etanol -1376 H尊c (etanol) - H尊c (metanol) = 650 1-propanol -2021 H尊c (1-propanol) - H尊c (etanol) = 645 1-butanol -2675 H尊c (1-butanol) - H尊c (1-propanol) = 654 1-pentanol -3328 H尊c (1-pentanol) - H尊c (1-butanol) = 653 1-hexanol -3983 H尊c (1-hexanol) - H尊c (1-pentanol) = 655 1-heptanol -4637 H尊c (1-heptanol) - H尊c (1-hexanol) = 654 3. Valor mitj de les difer竪ncies = 652 kJ mol-1 Entalpies de combusti坦 d'alcohols 1000 Entalpia en kJ / mol 0 1 2 3 4 5 6 7 -1000 N尊 de Carbonis -2000 H尊c / kJ mol-1 -3000 -4000 -5000 toms de carboni Es pot fer observar als alumnes que la grfica passa pel punt 0,0. Aquest punt correspondria a una mol竪cula amb el grup OH i sense cap tom de carboni (辿s a dir, la mol竪cula daigua, la qual ha de tenir zero dentalpia de combusti坦). 4. Explica per qu竪 es convenient emprar el terme "valor mitj" per a les entalpies d'enlla巽 entre dos toms. Experimentalment les entalpies denlla巽 es calculen per enlla巽os entre toms dun compost concret. 5. Quina seria lentalpia de combusti坦 de l1-octanol? H尊c = -5294 kJ mol -1 Criteris davaluaci坦 Es pot valorar laproximaci坦 al valor tabulat en la determinaci坦 de les calors de combusti坦, la qual cosa indicaria un procediment acurat. Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -6-
- 7. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia Es pot emprar tamb辿 la seg端ent plantilla on es van apuntant els passos procedimentals que 辿s desitjable que els alumnes dominin: Pas del Acci坦 S NO procediment 1 Quan la llntia dalcohol est encesa, les flames queden ben dirigides al fons de la llauna? 3 Mant辿 la llntia amb el seu tap per evitar levaporaci坦 de lalcohol? 4i5 Espera que el term嘆metre sestabilitzi per llegir les temperatures? Fa m辿s duna mesura? SEGURETAT Es posa les ulleres de seguretat? CLCULS Fa els clculs sense demanar ajut? Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -7-
- 8. Centre de Documentaci坦 i Experimentaci坦 en Ci竪ncies i Tecnologia Esquema de treball aigua PREPARAR CALORMETRE a誰llar b辿 ti mesurar temperatura Pesar llntia amb etanol t cremar mols etanol tf mesurar temperatura Tornar a pesar llntia ENERGIA TRANSFERIDA constant del calor鱈metre UN ALCOHOL ENERGIA TRANSFERIDAAL mesurar temperatura CALORIMETRE inicial aigua EN CREMAR L'ALCOHOL pesar llntia t CREMAR mols alcohol mesurar temperatura H0C de l'alcohol tornar a pesar Investigaci坦 de lentalpia de combusti坦 de diversos alcohols -8-