Potenciales Termodinamicos.Montar el dispositivo experimental

Potenciales Termodinámicos

Objetivo.

Qué el alumno conozca la importancia de potenciales termodinámicos, su interpretación física y su aplicación en una reacción óxido-reducción en una pila comercial.

Problema.                                                                                                          

Determinar Experimentalmente los potenciales termodinámicos (ΔH°ᵣ, ΔG°ᵣ, ΔS°ᵣ) a 298.15K de una reacción de óxido-reducción que se efectúa en una pila comercial de óxido de plata-zinc y explicar su interpretación física.

Procedimiento experimental.

 Montar el dispositivo experimental:

• Colocar en un Matraz con aceite de nujol la pila con los cables conectados al multímetro.
• Colocar el termómetro dentro del matraz.
• De manera separada calentar agua en un vaso de precipitados hasta los 60°C.
• Una vez caliente, colocar el matraz dentro del vaso.
• Encender el termómetro y el multímetro y esperar al equilibrio
• Tomar lectura del termómetro y multímetro cada 5°C.

*Colocar hielo al baño de agua si es necesario para bajar la temperatura.

Manejo de datos.

Análisis y discusiones de resultados.

1.- ¿Cuáles son las propiedades que cambian durante el experimento?

Temperatura y diferencia de potencial.

2.- ¿Cuáles son las propiedades que no cambian durante el experimento?

Presión y volumen.

3.- Escribir la ecuación química que se lleva a cabo en la pila.

Zn + Ag2O ----> ZnO + 2Ag

4.- ¿Cómo se calcula el trabajo eléctrico de la reacción?

Welec= -nFE

5.- ¿Cómo se calcula el ∆Gºr de la reacción?

ΔG°ᵣ = Welec= -nFE

6.- Hacer una gráfica de  ∆Gºr  / (J)   vs T / (K).

[pic 1]

7.- Con base en los resultados experimentales, ¿Cómo es la relación entre el ΔG°ᵣ y T?

Lineal

8.- Determinar la pendiente y la ordenada al origen de la recta obtenida.

y = 15.33x - 312190
R² = 0.9828

9.- ¿Cuál es la interpretación física de la pendiente y de la ordenada al origen obtenidas y que unidades tienen respectivamente?

La ordenada al rigen representa la entalpia (ΔH°ᵣ) y sus unidades son J/mol mientras que la pendiente representa la entropía (ΔS°ᵣ) cuyas unidades están dadas en J/molK

10.- Calcular el valor de ΔG°ᵣ a 298.15 K a partir de los datos de la pendiente y ordenada al origen.

ΔG°ᵣ = ΔH°ᵣ - T ΔS°ᵣ

ΔG°ᵣ = -312190 - (298.15) (15.33)= -316760.6395 J/mol

11.- Empleando la tabla y considerando los datos reportados en la literatura de  ΔG°f, ΔH°f, y ΔS°f  calcular ΔH°ᵣ, ΔG°ᵣ y ΔS°ᵣ para esta reacción y compararlos con los datos obtenidos experimentalmente. Determinar el % de error en cada caso

ΔG°ᵣ = 2(0) + (-318.3) – [(0) + (-11.2)]=-307.1 KJ/mol

ΔH°ᵣ = (-350.46) + (0) – [(0) + (-31.05)]=-319.41 KJ/mol

ΔS°ᵣ = (43.64) + 2(42.55) – [(121.3) + (41.63)]=-34.19 J/mol

Reflexionar y responder.

1.- ¿Por qué se utiliza aceite de nujol en lugar de agua para calentar la pila?

Se utiliza aceite de nujol, ya que este no interacciona con la pila, en cambio el agua puede oxidar a esta.

2.- ¿Cuál es la finalidad de utilizar una hielera de unicel para colocar el baño térmico?

Para evitar el intercambio de calor del sistema con los alrededores por la diferencia de temperaturas

3.- ¿Cuáles son los cambios energéticos que se llevan a cabo en la pila?

Zn° ---> Zn2+ + 2e-

2Ag1+ + 2e- ---> Ag°

4.-De acuerdo con los resultados experimentales, explicar:

a) Las condiciones de temperatura en las que la reacción es más favorable y por qué.

A bajas temperaturas ya que el signo de ΔS°ᵣ  es negativo y si aumenta mucho la temperatura podría cambiar el signo de ΔG°ᵣ.

b) Si la reacción es exotérmica o endotérmica y por qué.

La reacción es exotérmica ya que el signo de ΔH°ᵣ es negativo.

c) Si aumenta o disminuye el desorden al transformarse los reactivos en productos y por qué.

Hay una disminución en el número de micro estados, por lo tanto menor desorden.

5.- Determinar H°r, S°r  y G°r a 298.15K para las siguientes reacciones, explicando en cada caso si la reacción es o no espontanea, si es exotérmica o endotérmica y si aumenta o disminuye el desorden al transformarse los reactivos  en productos, en esas condiciones. Buscar los datos de  H°mf,  G°mf y  S°m, que se requieran en la literatura.[pic 2][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

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