Um calorímetro de volume constante foi calibrado com uma reação que libera 3,50 kJ de calor em 0,200 L de uma solução colocada no calorímetro ( q=-3,50 kJ ), resultando em um aumento de temperatura de 7,32^circ C. Em um experimento posterior, 100,0 mL de uma solução 0,200 M de HBr(aq) e 100,0 mL de uma solução 0,200 M de KOH(aq) foram misturados no mesmo calorímetro e a temperatura subiu 2,49^circ C. 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:
Ccal = qcalDe
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:
Ccal = -3,50 kJ7,32 ^circC
Aqui, o sinal negativo indica que o calor foi liberado pela reação e absorvido pelo calorímetro.
Ccal approx -0,478 kJ/^circC

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:
qreação = -Ccal times Deçã
Substituindo os valores:
qreação = -(-0,478 kJ/^circC) times 2,49 ^circC çã

Passo 5

Fazendo as contas:
qreação = 0,478 kJ/^circC times 2,49 ^circC çã
qreação approx 1,19 kJ çã
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.

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