Um experimento químico envolvendo 50 mL de KOH(a q) 0,5 mol / L e 50 mL de HCl I (a) 0,5 mol / L inicialmente a 25^circ C, misturados em um béquer de vidro de 100 g , isolado com isopor (calorimetro). A temperatura final no calorimetro foi 28,7^circ C. 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.

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:
KOH (aq) + HCl (aq) KCl (aq) + H2O (l)

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:
Qreação = Qsolução + Qcalorímetroçãçãí

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:
nKOH = 0,5 , mol/L times 0,050 , L = 0,025 , mol
Mols de HCl:
nHCl = 0,5 , mol/L times 0,050 , L = 0,025 , mol
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:
m = 50 , g + 50 , g = 100 , g
O calor absorvido pela solução é calculado pela fórmula:
Qsolução = m times c times Deçã
Onde:
  • $ c = 4,18 , J/g°C $ (capacidade calorífica da água)
  • $ \Delta T = 28,7°C - 25°C = 3,7°C $
Então:
c = 4,18 , J/g°C çã

Passo 6

Agora, calculamos o calor absorvido pelo calorímetro de vidro. A capacidade calorífica do vidro é aproximadamente $ 0,84 , J/g°C $. Então:
0,84 , J/g°C í
Considerando $ m_{vidro} = 100 , g $:
Qcalorímetro = mvidro times cvidro times Deí

Passo 7

Agora, somamos os calores absorvidos pela solução e pelo calorímetro para encontrar o calor total absorvido:
Qabsorvido = Qsolução + Qcalorímetro = 1548,6 , J + 310,8 , J = 1859,4 , Jçãí

Passo 8

Como o calor liberado pela reação é igual ao calor absorvido pelo sistema, temos:
Qreação = -Qabsorvido = -1859,4 , Jçã

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:
KCl çã
Convertendo para kJ/mol:
H2O

Resposta

A entalpia da reação é de aproximadamente -74,4 , kJ/mol de produto formado.

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