Calcule a quantidade de calor liberada por mol, quando
de hidróxido de sódio foram dissolvidos em
de uma solução de ácido clorídrico
? Dados: Temperatura inicial:
; Temperatura final:
; Capacidade calorífica do vidro:
; Capacidade calorífica da água:
; massa do erlenmeyer:
.
Passo 1
O que o enunciado pede: Calcular a quantidade de calor liberada por mol quando
de hidróxido de sódio foram dissolvidos em
de solução de ácido clorídrico
. Vou considerar “por mol” como por mol de
dissolvido (isto é, por mol do soluto que foi adicionado).
Informações fornecidas (dados do enunciado):
Observação necessária: o enunciado não fornece a densidade da solução; vou assumir a densidade aproximada da solução igual à da água, isto é,
. Com isso, a massa inicial da solução de HCl será aproximada por
.
Passo 2
Conceito e estratégia (fórmula que vamos usar): o calor liberado pela reação e dissolução é absorvido pelo líquido (solução) e pelo erlenmeyer (vidro). Em calorimetria simples usamos a relação
onde:
-
é o calor (em ); calor “liberado” pela reação será numericamente igual ao calor absorvido pelo sistema (solução+vidro); -
é a massa da solução final (g); -
é a capacidade calorífica da solução (aqui dada como ); -
é a massa do erlenmeyer (g); -
é a capacidade calorífica do vidro (aqui ); -
(em ).
Vou calcular passo a passo
,
, a capacidade calorífica total e então
. Depois vou dividir o calor total pelo número de mols de
adicionados para obter a quantidade de calor por mol.
Passo 3
Cálculo da massa da solução final e da variação de temperatura.
A massa inicial da solução de HCl (assumindo densidade
) é
Ao dissolver o sólido, a massa total da solução final soma a massa do sólido:
A variação de temperatura é
Passo 4
Cálculo da capacidade calorífica efetiva do conjunto (solução + erlenmeyer).
Capacidade térmica da solução (produto massa × c):
Capacidade térmica do erlenmeyer (vidro):
Capacidade térmica total:
Passo 5
Cálculo do calor absorvido (que é igual, em módulo, ao calor liberado pela dissolução/reação).
Aplicando
:
Interpretação: a solução e o erlenmeyer absorveram
, logo a dissolução/neutralização liberou essa mesma quantidade de calor (processo exotérmico).
Passo 6
Cálculo do número de mols de
adicionados (vai servir para obter o calor por mol).
Massa molar aproximada do
:
Logo o número de mols de
é
Observação rápida sobre reagentes limitantes: a solução de HCl continha
portanto apenas
de
reagem com
; o restante do
fica dissolvido sem neutralizar. Contudo, a energia medida (
) resulta da combinação dos efeitos (neutralização + dissolução); como a pergunta pediu “por mol” do hidróxido de sódio dissolvido, dividimos o calor total pelos mols de
adicionados (
).
Passo 7
Cálculo da quantidade de calor liberada por mol de
.
Dividimos o calor total pelo número de mols de
:
Sinal e interpretação: a temperatura aumentou, portanto o processo foi exotérmico — isto é,
foram liberados por mol de
adicionado. Se preferir escrever como variação de entalpia (valor negativo, indicando liberação), fica
.