Determinación de la Entalpía de Disolución del NaOH y Solubilidad del PbI2

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Determinación de la Entalpía de Disolución del NaOH

Para calcular en el laboratorio la entalpía de disolución del NaOH (s) se disuelven 2,0 g de NaOH en 500 mL de agua en un calorímetro que tiene un equivalente en agua de 15 g, produciéndose un aumento de temperatura de 1,0 °C.

Cuestiones

a) Explique detalladamente el material y procedimiento empleados.

b) ¿Cuál es la entalpía de disolución del NaOH?

Datos: Calor específico (agua) ≈ Calor específico (disolución) = 4,18 J/(g·°C) y densidad del agua = 1 g·mL-1

Solución Detallada

Materiales

  • Probeta de 500 mL
  • Calorímetro
  • Termómetro
  • Balanza granataria
  • Vidrio de reloj
  • Varilla de vidrio
  • NaOH (en lentejas)
  • Agua destilada

Procedimiento

  1. Medir 500 mL de agua destilada con la probeta y verterlos en el calorímetro.
  2. Esperar unos minutos para que el agua alcance el equilibrio térmico y medir la temperatura inicial con el termómetro.
  3. Pesar el vidrio de reloj en la balanza granataria.
  4. Añadir lentejas de NaOH al vidrio de reloj hasta que su masa aumente en 2,0 g.
  5. Rápidamente (para evitar la hidratación y carbonatación del NaOH), verter el hidróxido de sodio en el calorímetro.
  6. Agitar suavemente con la varilla de vidrio para asegurar una disolución completa.
  7. Medir la temperatura máxima alcanzada por la disolución y registrarla.

Cálculos

Al ser el calorímetro un sistema aislado, el proceso es adiabático, por lo tanto:

Qdisolución + Qdisolución ganada + Qcalorímetro = 0

Donde:

  • Qdisolución: Calor cedido en la disolución del NaOH.
  • Qdisolución ganada: Calor ganado por la disolución (aproximadamente igual al ganado por el agua).
  • Qcalorímetro: Calor ganado por el calorímetro.

La masa de agua es:

magua = ρagua * Vagua = 1 g/mL * 500 mL = 500 g

El calor QD ganado por la disolución es:

QD = magua * ce(agua) * ΔT = 500 g * 4,18 J/(g·°C) * 1,0 °C = 2090 J

El calor QC ganado por el calorímetro se calcula:

QC = mequivalente * ce(agua) * ΔT = 15 g * 4,18 J/(g·°C) * 1,0 °C = 62,7 J

Cálculo de la Solubilidad del PbI2

El producto de solubilidad, a 25°C, del PbI2 es 9,6 × 10-9.

Cuestiones

a) Calcule la solubilidad de la sal.

b) Calcule la solubilidad del PbI2 en una disolución de concentración 0,01 mol/dm3 de CaI2, considerando que esta sal se encuentra totalmente disociada.

Solución

a) Solubilidad del PbI2 en agua pura

El equilibrio de solubilidad es:

PbI2(s) ⇄ Pb2+(aq) + 2I-(aq)

La constante de equilibrio Ks es:

Ks = [Pb2+][I-]2 = s(2s)2 = 4s3 = 9,6 × 10-9

Resolviendo para s:

s = ∛(9.6 x 10⁻⁹ / 4) = 1.33 x 10⁻³ mol/L

b) Solubilidad del PbI2 en disolución de CaI2

El CaI2 está totalmente disociado:

CaI2(s) → Ca2+(aq) + 2I-(aq)

La concentración inicial de I- debido al CaI2 es 2 * 0,01 mol/L = 0,020 mol/L.

La constante de equilibrio Ks es:

Ks = [Pb2+][I-]2 = s(0,020 + 2s)2 = 9,6 × 10-9

Aproximación: Si asumimos que 2s << 0,020, entonces:

s(0,020)2 ≈ 9,6 × 10-9

s ≈ 9.6 x 10⁻⁹ / 0.0004 = 2.4 x 10⁻⁵ mol/L

Comprobación del error: (2 * 2,4 × 10-5) / 0,020 * 100 = 0,24% (error despreciable)