Um calorímetro de volume constante foi calibrado com uma reação que libera
de calor em 0,200 L de uma solução colocada no calorímetro (
kJ ), resultando em um aumento de temperatura de
. Em um experimento posterior,
de uma solução
de
e
de uma solução
de
foram misturados no mesmo calorímetro e a temperatura subiu
. Qual é a variação da energia interna da mistura da reação devido à reação de neutralização?
Passo 1
Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um problema de calorimetria, que é uma parte da termodinâmica que estuda as trocas de calor em reações químicas. Precisamos descobrir a variação da energia interna (ΔU) da mistura resultante da reação de neutralização entre o HBr e o KOH. Para resolver isso, vamos usar os dados da calibração do calorímetro e as informações do experimento posterior para calcular o calor envolvido na reação.
Passo 2
Primeiro, vamos entender a calibração do calorímetro. Foi fornecido que uma reação que libera 3,50 kJ de calor resulta em um aumento de temperatura de 7,32°C no calorímetro com um volume constante de 0,200 L. Isso nos ajuda a determinar a capacidade térmica do calorímetro (C_cal), que relaciona o calor liberado com a variação de temperatura.
A fórmula que relaciona essas grandezas é:
Onde:
- $ q_{cal} $ é o calor absorvido pelo calorímetro.
- $ \Delta T_{cal} $ é a variação de temperatura.
Passo 3
Vamos calcular a capacidade térmica do calorímetro usando os valores da calibração:
Aqui, o sinal negativo indica que o calor foi liberado pela reação e absorvido pelo calorímetro.
Passo 4
Agora, vamos analisar o experimento posterior. Misturamos 100,0 mL de uma solução 0,200 M de HBr com 100,0 mL de uma solução 0,200 M de KOH. A temperatura subiu 2,49°C. Queremos encontrar a variação de energia interna dessa reação de neutralização.
Primeiro, vamos calcular o calor absorvido pelo calorímetro no experimento:
Substituindo os valores:
Passo 5
Fazendo as contas:
O sinal positivo indica que o calor foi liberado pela reação (exotérmica), ou seja, a energia interna diminuiu.
Resposta
A variação da energia interna da mistura da reação devido à reação de neutralização é aproximadamente –1,19 kJ.