Misturam-se 100 mL de
com 100 mL de
num calorimetro a pressão constante cuja capacidade calorifica é
. A temperatura inicial das soluções e do calorimetro é a mesma,
, e a temperatura final da mistura das soluç̧̄es é
. Calcule o calor envolvido na reaçăo de neutralização. Admita que as massas e os calores especificos das soluções são os mesmos da água.
. Justifique todas as suas considerações.
Passo 1
Vamos entender o que o problema está nos pedindo. Temos 100 mL de ácido clorídrico (
) 0,5 M e 100 mL de hidróxido de sódio (
) 0,5 M sendo misturados em um calorímetro. A temperatura inicial das soluções e do calorímetro é
, e a temperatura final da mistura é
. Queremos calcular o calor envolvido na reação de neutralização. Para isso, vamos precisar dos conceitos de calorimetria, capacidade calorífica e da reação de neutralização ácido-base.
Passo 2
Primeiro, vamos calcular a quantidade de substância (em mol) de
e
presentes na mistura. A concentração (
) é dada por
, onde
é a quantidade de substância e
é o volume.
Para
:
Para
:
Passo 3
A reação de neutralização entre
e
é:
Essa reação é exergônica, ou seja, libera calor. Como as quantidades de
e
são iguais, a reação será completa.
Passo 4
Agora, vamos calcular o calor absorvido pela solução e pelo calorímetro. A quantidade de calor (
) é dada por:
onde:
-
é a massa da solução, -
é o calor específico da água, -
é a variação de temperatura.
Como a densidade da água é
, a massa da solução é:
A variação de temperatura:
Então:
Passo 5
Além do calor absorvido pela solução, o calorímetro também absorve calor. A quantidade de calor absorvido pelo calorímetro (
) é dada por:
Substituindo os valores:
Passo 6
O calor total absorvido pelo sistema é a soma do calor absorvido pela solução e pelo calorímetro:
Como o sistema liberou calor, o calor da reação (
) é negativo: