Em um experimento de calorimetria,
de uma solução de
e
de uma solução de
, ambas a uma temperatura inicial de
, são misturadas em um calorímetro de “copo de café”. A temperatura final da mistura atinge
. Calcule a variação de entalpia (
) para esta reação de neutralização, em kJ/mol de
formado.
Dados: Densidade da solução:
(para ambas as soluções). Calor específico da solução:
. (Considere que o calorímetro não absorve calor).
Passo 1
O enunciado pede: calcular a variação de entalpia padrão
para a reação de neutralização por mol de
formado, sabendo que foram misturados
de solução de
e
de solução de
. Temperaturas: inicial
, final
. Dados: densidade
, calor específico
. Fórmula útil:
.
Resumo dos dados (retirados do enunciado):
Resumo dos dados (retirados do enunciado):
Passo 2
Calcular a massa da solução que sofreu aquecimento. Explicação: densidade relaciona massa e volume por
, logo
. A massa total da mistura é a soma dos volumes multiplicada pela densidade (assumimos que volumes se somam e que ambas as soluções têm mesma densidade).
Volumes somados: .
Aplicando :
Volumes somados:
Aplicando
Passo 3
Calcular a variação de temperatura
. Observação didática: diferenças em Celsius e Kelvin são numericamente iguais, então podemos usar
diretamente para
.
Passo 4
Calcular o calor absorvido pela solução usando
. Explicação da fórmula:
é a quantidade de calor em joules,
é a massa em gramas,
é o calor específico (energia necessária para elevar 1 g de substância em
), e
é a variação de temperatura. Substituindo os valores:
Vamos multiplicar passo a passo:
. Depois
. Logo
Passo 5
Relacionar o calor da solução com o calor da reação e converter por mol de água formada. Explicação didática de sinal: a solução aqueceu, então absorveu calor positivo
; esse calor saiu da reação, portanto o calor da reação é o negativo desse valor:
. Em calorimetria a pressão é aproximadamente constante, então
.
Agora, determinar quantos mols de
foram formados. A reação é
(relação 1:1). Moles de cada reagente: volume em litros vezes concentração.
Mesmo para
. Como estão em proporção 1:1, todos os
reagem e formam
de
.
Finalmente, entalpia por mol de água formada:
Dividindo:
. Converter para kJ/mol: dividir por
:
Arredondando com base nas cifras dos dados (a menos que se peça outro critério), usamos três algarismos significativos:
. Interpretação: sinal negativo indica que a neutralização é exotérmica (libera calor).