O ácido nitrico neutraliza o hidróxido de potássio. Para determinar o calor de reaçâo, um estudante colocou 55.0 mL de HNO3 1,3 M cm un calorimetro didático e observou que a temperatura era 23,5^circ C. Em seguida, ele adicionou 55,0 mL de KOH 1,3 M, também a 23,5^circ C. A mistura foi agitada rapidamente com um termometro e sua temperatura atingiu o valor de 31,8^circ C. Escreva a equaçāo balanceada para a reação. Calcule o calor da reação em joules. Admita que ^circ as capacidades caloríficas de todas as soluçōes são iguais a 4,18 J g^-1 ^circ C^-1 e que as massas especificas valem 1,00 g mL ^-1. Calcule o calor de reação por mol de ácido (em unidades de kJ mol^-1 ).

Passo 1

Beleza, vamos lá! O enunciado fala sobre a neutralização entre ácido nítrico ( HNO3) e hidróxido de potássio ( KOH). A gente vai precisar entender sobre reações de neutralização, concentração molar, capacidade calorífica e cálculos de quantidade de calor envolvida. Nosso objetivo é balancear a equação química da reação e calcular o calor da reação em joules e por mol de ácido.

Passo 2

Primeiro, vamos balancear a equação química da reação entre HNO3 e KOH. Reações de neutralização geralmente formam água e um sal. Aqui, o sal formado é o nitrato de potássio ( KNO3).
A equação não balanceada fica assim:
HNO3 + KOH KNO3 + H2O
Vamos conferir se está balanceada:
  • H: 1 na HNO3 + 1 na KOH = 2 à esquerda; 2 na H2O = 2 à direita.
  • N: 1 na HNO3 = 1 à direita.
  • O: 3 na HNO3 + 1 na KOH + 1 na H2O = 5 à esquerda; 3 no KNO3 + 1 na H2O = 4 à direita.
Ops, não está balanceada! Vamos ajustar os coeficientes:
Multiplicando HNO3 e KOH por 2:
2,HNO3 + 2,KOH 2,KNO3 + 2,H2O
Agora está balanceada:
  • H: 4 à esquerda e 4 à direita.
  • N: 2 à esquerda e 2 à direita.
  • O: 6 + 2 = 8 à esquerda; 6 + 2 = 8 à direita.
  • K: 2 à esquerda e 2 à direita.

Passo 3

Agora, vamos calcular o calor da reação. Primeiro, precisamos encontrar a quantidade de calor absorvida pela solução usando a fórmula:
q = m times c times De
Onde:
  • q é o calor em joules,
  • m é a massa da solução,
  • c é a capacidade calorífica (já nos foi dado: 4,18,J,g^-1,°C^-1),
  • De é a variação de temperatura.

Passo 4

Vamos calcular a massa da solução. Sabemos que a densidade é 1,00,g/mL. Como o volume total é 55,0,mL de HNO3 + 55,0,mL de KOH, temos:
m = 55,0,mL + 55,0,mL = 110,0,g

Passo 5

Agora, vamos calcular a variação de temperatura:
De

Passo 6

Substituindo na fórmula do calor:
q = 110,0,g times 4,18,J,g^-1,°C^-1 times 8,3,°C
q = 110,0 times 4,18 times 8,3 = 3801,4,J
Arredondando para três algarismos significativos:
q approx 3,80 times 10^3,J

Passo 7

Agora, vamos calcular o calor por mol de ácido. Primeiro, determinamos a quantidade de mols de HNO3 utilizada. A concentração é 1,3,M e o volume é 55,0,mL:
n = C times V = 1,3,mol/L times 0,0550,L = 0,0715,mol
Agora, o calor por mol:
qn = 3,80 times 10^3,J0,0715,mol approx 5,31 times 10^4,J/mol
Convertendo para kJ/mol:
5,31 times 10^4,J/mol = 53,1,kJ/mol

Resposta

A equação balanceada é:
2,HNO3 + 2,KOH 2,KNO3 + 2,H2O
O calor da reação é aproximadamente 3,80 times 10^3,J e o calor de reação por mol de ácido é 53,1,kJ,mol^-1.

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