Considere a combustão-padrão do ácido benzoico:
\mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{5} \mathrm{COOH}(\mathrm{~s})+15 / 2 \mathrm{O}_{2}(\mathrm{~g}) \rightarrow 7 \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{~g})+3 \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) \Delta \mathrm{H}^{\circ}=-3227 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{~mol}^{-1}
Uma amostra de 2,76 \mathrm{~g} de ácido benzoico é queimada em um calorímetro. A temperatura do calorímetro aumenta de 21,6^{\circ} \mathrm{C} para 29,93^{\circ} \mathrm{C}.
a) Calcule a capacidade calorífica do calorímetro.
b) Uma amostra de 0,010 \mathrm{~mol} de uma substância orgânica foi queimada no mesmo calorímetro e a temperatura do calorímetro aumentou de 22,14^{\circ} \mathrm{C} para 27,09^{\circ} \mathrm{C}. Calcule a entalpia de combustão da substância.

Passo 1

O enunciado trata de um calorímetro onde se queima uma amostra-padrão de ácido benzóico, de entalpia de combustão \Delta H^\circ = -3227\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}. Na primeira parte, a variação de temperatura do calorímetro ao queimar 2,76\\ \mathrm g desse padrão nos permite calcular sua capacidade calorífica C. Na segunda parte, usa-se esse mesmo C para determinar a entalpia de combustão de outra substância.

Passo 2

Calcular o número de mols de ácido benzóico queimado. A massa molar do ácido benzóico \mathrm{C_6H_5COOH} é
M = 7\times12{,}01 + 6\times1{,}008 + 2\times16 = 122{,}12\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}.
Logo,
n = \frac{2{,}76\\ \mathrm g}{122{,}12\\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}} =0{,}02260\\ \mathrm{mol}.

Passo 3

Determinar o calor liberado pela reação de combustão desse ácido. Como \Delta H^\circ=-3227\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}, temos
q_{\text{rxn}} = n\,\Delta H^\circ =0{,}02260\\ \mathrm{mol}\times(-3227\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}) =-72{,}96\\ \mathrm{kJ}.
Esse valor é o calor liberado; o calor absorvido pelo calorímetro é q_{\text{cal}}=+72{,}96\\ \mathrm{kJ}.

Passo 4

Calcular a capacidade calorífica C do calorímetro. A variação de temperatura foi de
\Delta T = 29{,}93^\circ\mathrm C - 21{,}60^\circ\mathrm C = 8{,}33\\ \mathrm K.
Como q_{\text{cal}}=C\,\Delta T, segue
C = \frac{q_{\text{cal}}}{\Delta T} =\frac{72{,}96\\ \mathrm{kJ}}{8{,}33\\ \mathrm K} =8{,}76\\ \mathrm{kJ\cdot K^{-1}} =8760\\ \mathrm{J\cdot K^{-1}}.

Passo 5

Na segunda queima, sabemos que n=0{,}010\\ \mathrm{mol} da nova substância e a temperatura sobe de 22{,}14^\circ\mathrm C para 27{,}09^\circ\mathrm C, isto é,
\Delta T' = 27{,}09^\circ\mathrm C - 22{,}14^\circ\mathrm C = 4{,}95\\ \mathrm K.
O calor absorvido pelo calorímetro é
q'_{\text{cal}} = C\,\Delta T' =8{,}76\\ \mathrm{kJ\cdot K^{-1}}\times4{,}95\\ \mathrm K =43{,}38\\ \mathrm{kJ}.
Logo o calor de combustão da amostra é q'_{\text{rxn}}=-43{,}38\\ \mathrm{kJ}.

Passo 6

Encontrar a entalpia molar de combustão da substância:
\Delta H_{\text{comb}} = \frac{q'_{\text{rxn}}}{n} =\frac{-43{,}38\\ \mathrm{kJ}}{0{,}010\\ \mathrm{mol}} =-4338\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.

Resposta

a) C = 8{,}76\\ \mathrm{kJ\cdot K^{-1}}.
b) \Delta H_{\text{comb}} = -4338\\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}.

Exercícios relacionados