Cálculo de Calor, Entalpía y Puntos de Congelación y Ebullición en Soluciones

Calcular la cantidad de calor

¿Cuánta cantidad de calor hay que entregarle a una masa de 3 kg de agua para calentarla de 20 °C a 100 °C y a 3 kg de hierro?

Ce Fe= 0.1 Kcal/Kg°C

CeH₂O= 1 kcal /kg°C

Para el agua:

Q = m_H2O Ce_H2O (T_f - T_i)

Q_H2O= 3 kg * 1 kcal /kg°C (100°C - 20 °C)

Q_H2O= 240 kcal

Para el hierro:

Q = m_Fe Ce_Fe (T_f - T_i)

Q_Fe= 3 kg * 0.1 kcal /kg°C (100°C - 20 °C)

Q_Fe= 24 kcal

Ejemplo 1: Entalpía de disolución del nitrato de amonio

Se disuelven 20 gramos de nitrato de amonio en 150 gramos de agua. La temperatura de la disolución disminuye en 9°C. Calcula la entalpía de disolución.

• Masa molar del NH₄NO₃ = 80 g/mol
• Número de moles disueltos = 20 / 80 = 0.25 mol
• Masa total = 0.150 + 0.020 = 0.170 kg
• Admitiremos que la capacidad calorífica específica es la misma que la del agua, 4.18 kJ/kg ºC
• Variación de temperatura, en valor absoluto = 9 ºC

Q = m Ce (T_f – T_i )

Q = 0.170 kg * 4.18 kJ / kg°C (9°C )

Q = 6.40 kJ

Para expresar este calor por mol dividiremos entre el número de moles disueltos:

∆H = 6.40 kJ / 0.25 mol = 25.6 kJ/mol

Ejercicio 1: Punto de congelación de una solución con etilenglicol

Calcular el punto de congelación de una solución de 100g de anticongelante etilenglicol (C₂H₆O₂), en 900 g de agua (Kc = 1,86 °C/molal)

Datos:

• Soluto etilenglicol:
  • Masa = 100 g
  • Masa molar = 62 g/mol
• Solvente agua:
  • Masa = 900 g
  • Tºc = 0 °C
  • Kc = 1,86 °C/molal

∆T_c = Tºc - T_c

∆T_c = K_c * m

Como no tenemos ∆T_c, necesitamos obtenerlo de la ecuación N°2

Para poder utilizar la ecuación 2 necesitamos la molalidad de la solución que podemos calcular a partir de los siguientes datos.

• Moles de soluto: 62 g ----- 1 mol

100 g ----- X

X = 1,61 moles de soluto

• Molalidad: 1,61 moles ----- 900 g de solvente

X ----- 1000 g de solvente

X = 1,79 molal

∆T_c = K_c * m

∆T_c = 1.86 °C/molal * 1.79 molal

∆T_c = 3.33°C

∆T_c = Tºc - T_c

3.33 °C = 0°C - T_c

T_c = -3.33°C

Ejercicio 2: Punto de ebullición de una solución con etilenglicol

Calcular el punto de ebullición de una solución de 100 g de anticongelante etilenglicol (C₂H₆O₂) en 900 g de agua (Keb = 0,52 °C/m).

Datos:

• Soluto Etilenglicol:
  • masa = 100 g
  • Masa molar = 62 g/mol (derivada de la formula C₂H₆O₂)
• Solvente Agua:
  • masa = 900 g
  • Masa molar = 18 g/mol
  • Keb = 0,52 °C/m

∆T_e = T_eb − Tºeb

∆T_e = K_eb * m

• Moles de soluto: 62 g ----- 1 mol

100 g ----- X

X = 1,613 moles de soluto

• Molalidad: 1,613 moles ----- 900 g de solvente

X ----- 1000 g de solvente

X = 1,792 molal

La solución tiene una concentración molal de 1,792

∆T_e = K_eb * m

∆T_e = 0.52 °C/molal * 1.792 molal

∆T_e = 0.9319 °C

∆T_e = T_eb − Tºeb

0.9319 °C = T_eb − 100 °C

T_eb = 100.9319 °C