Um experimento químico envolvendo 50 mL de
e 50 mL de
inicialmente a
, misturados em um béquer de vidro de 100 g , isolado com isopor (calorimetro). A temperatura final no calorimetro foi
. Não houve perdas de calor para as vizinhanças, nem variação de pressão. Responda justificando.
a) Indique o balanço de energia neste calorímetro, a equação química, e determine a entalpia desta reação por mol de produto formado.
a) Indique o balanço de energia neste calorímetro, a equação química, e determine a entalpia desta reação por mol de produto formado.
Passo 1
Beleza, vamos entender o que está rolando aqui. A gente tem 50 mL de KOH 0,5 mol/L e 50 mL de HCl 0,5 mol/L, ambos a 25°C, que são misturados em um béquer de vidro isolado. A temperatura final sobe para 28,7°C. A gente precisa montar o balanço de energia desse sistema, escrever a equação química da reação que ocorre e calcular a entalpia dessa reação por mol de produto formado. Para resolver isso, vamos usar conceitos de calorimetria e termoquímica, além de entender a reação de neutralização entre KOH e HCl.
Passo 2
Primeiro, vamos identificar a reação química que acontece quando KOH e HCl se encontram. KOH é uma base forte e HCl é um ácido forte, então eles vão se neutralizar formando água e sal. A equação química balanceada é:
Passo 3
Agora, vamos montar o balanço de energia no calorímetro. Como o sistema está isolado, todo o calor liberado ou absorvido na reação fica retido no sistema. Isso significa que o calor liberado pela reação é igual ao calor absorvido pela solução e pelo calorímetro. A equação do balanço de energia fica:
Passo 4
Vamos calcular o número de mols de cada reagente para determinar qual é o reagente limitante e a quantidade de produto formado. A concentração e o volume de cada solução nos dão:
Mols de KOH:
Mols de HCl:
Como os mols são iguais, ambos os reagentes são consumidos completamente.
Passo 5
Vamos calcular o calor absorvido pela solução. Primeiro, precisamos da massa total da solução. Considerando que a densidade da água é aproximadamente 1 g/mL, temos:
Massa total da solução:
O calor absorvido pela solução é calculado pela fórmula:
Onde:
- $ c = 4,18 , J/g°C $ (capacidade calorífica da água)
- $ \Delta T = 28,7°C - 25°C = 3,7°C $
Então:
Passo 6
Agora, calculamos o calor absorvido pelo calorímetro de vidro. A capacidade calorífica do vidro é aproximadamente $ 0,84 , J/g°C $. Então:
Considerando $ m_{vidro} = 100 , g $:
Passo 7
Agora, somamos os calores absorvidos pela solução e pelo calorímetro para encontrar o calor total absorvido:
Passo 8
Como o calor liberado pela reação é igual ao calor absorvido pelo sistema, temos:
Passo 9
Agora, vamos calcular a entalpia da reação por mol de produto formado. Sabemos que foram 0,025 mols de KOH (ou HCl) reagidos, formando 0,025 mols de $ \mathrm{KCl} $ e $ \mathrm{H_2O} $.
Então, a entalpia por mol é:
Convertendo para kJ/mol:
Resposta
A entalpia da reação é de aproximadamente
de produto formado.