Misturam-se 100 mL de HCl 0,5 mol L^-1 com 100 mL de NaOH 0,5 mol L^-1 num calorimetro a pressão constante cuja capacidade calorifica é 333 J ^circ C C^-1. A temperatura inicial das soluções e do calorimetro é a mesma, 22,5^circ C, e a temperatura final da mistura das soluç̧̄es é 24,9^circ C. Calcule o calor envolvido na reaçăo de neutralização. Admita que as massas e os calores especificos das soluções são os mesmos da água. C iga =4,184 J g ^circ C^-1. Justifique todas as suas considerações.
Q r=-28807,4 J

Passo 1

Vamos entender o que o problema está nos pedindo. Temos 100 mL de ácido clorídrico ( HCl) 0,5 M e 100 mL de hidróxido de sódio ( NaOH) 0,5 M sendo misturados em um calorímetro. A temperatura inicial das soluções e do calorímetro é 22,5^circ C, e a temperatura final da mistura é 24,9^circ C. 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 HCl e NaOH presentes na mistura. A concentração ( C) é dada por C = nV, onde n é a quantidade de substância e V é o volume.
n = C times V
Para HCl:
nHCl = 0,5 , mol/L times 0,100 , L = 0,050 , mol
Para NaOH:
nNaOH = 0,5 , mol/L times 0,100 , L = 0,050 , mol

Passo 3

A reação de neutralização entre HCl e NaOH é:
HCl + NaOH NaCl + H2O
Essa reação é exergônica, ou seja, libera calor. Como as quantidades de HCl e NaOH são iguais, a reação será completa.

Passo 4

Agora, vamos calcular o calor absorvido pela solução e pelo calorímetro. A quantidade de calor ( Q) é dada por:
Q = m times Cágua times Deá
onde:
  • m é a massa da solução,
  • Cágua = 4,184 , J/g,^circ Cá é o calor específico da água,
  • De é a variação de temperatura.
Como a densidade da água é 1 , g/mL, a massa da solução é:
msolução = 100 , mL + 100 , mL = 200 , g çã
A variação de temperatura:
De
Então:
Qsolução = 200 , g times 4,184 , J/g,^circ C times 2,4^circ C = 2012,16 , J çã

Passo 5

Além do calor absorvido pela solução, o calorímetro também absorve calor. A quantidade de calor absorvido pelo calorímetro ( Qcalorímetroí) é dada por:
Qcalorímetro = Ccalor��metro times Deí
Substituindo os valores:
Qcalorímetro = 333 , J/^circC times 2,4^circ C = 799,2 , J í

Passo 6

O calor total absorvido pelo sistema é a soma do calor absorvido pela solução e pelo calorímetro:
Qtotal = Qsolução + Qcalorímetro = 2012,16 , J + 799,2 , J = 2811,36 , J çãí
Como o sistema liberou calor, o calor da reação ( Qr) é negativo:
Qr = -2811,36 , J

Resposta

Qr = -2811,36 J

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