Questão 3. (1 ponto) O calor de neutralização é definido como a energia na forma de calor envolvida na reação de neutralização de um ácido por uma base com formação de sal e água. A fim de encontrar o calor de neutralização para a reação de neutralização entre o ácido clorídrico ( HCl ) e o hidróxido de sódio ( NaOH ), os estudantes da disciplina QUI 318 misturaram 100 mL de uma solução de \mathrm{NaOH} 1,0 \mathrm{~mol} / \mathrm{L} com 100 mL de uma solução de \mathrm{HCl} 1,0 \mathrm{~mol} / \mathrm{L} no interior de um calorímetro de capacidade calorífica ( K_{\text {calorímetro }}í ) igual a 15 \mathrm{cal}^{\circ} \mathrm{C}^{-1}. Ao final da mistura, os alunos mediram uma variação de temperatura ( \Delta T ) no interior do calorímetro de 6,2{ }^{\circ} \mathrm{C}.
a) ( 0,40 \mathrm{pts} ) Usando a equação \Delta H=-\left[c_{\text {solução }} . m_{\text {solução }} . \Delta T+K_{\text {calorímetro }} . \Delta T\right]çãçãí, e sabendo que o calor específico da solução dentro do calorímetro é 1,02 \mathrm{cal} \mathrm{g}^{-1}{ }^{\circ} \mathrm{C}^{-1}, determine o valor de \Delta H medido pelos estudantes. Considere que a massa de solução foi igual a 200 g .
b) (0,10 pts) Explique molecularmente por que ocorre o aumento de temperatura dentro do calorímetro?

Passo 1

O enunciado pede o calor de neutralização da reação
\mathrm{HCl} + \mathrm{NaOH} \to \mathrm{NaCl} + \mathrm{H_2O}
medido num calorímetro com K_{\text{calorímetro}} = 15í, \mathrm{cal/^\circ C}. Misturou-se 100,mL de NaOH 1{,}0,mol/L com 100,mL de HCl 1{,}0,mol/L, totalizando m_{\text{solução}} = 200çã,g com calor específico c_{\text{solução}} = 1{,}02çã, \mathrm{cal\,g^{-1}\,^\circ C^{-1}} e houve \Delta T = 6{,}2,°C. Usaremos
\Delta H = -\bigl[c_{\text{solução}}\;m_{\text{solução}}\;\Delta T \;+\;K_{\text{calorímetro}}\;\Delta T\bigr].çãçãí

Passo 2

Calculemos primeiro o calor absorvido pela solução e pelo calorímetro:
Q_{\text{solução}} = c_{\text{solução}}\;m_{\text{solução}}\;\Delta T = 1{,}02\times200\times6{,}2 = 1264{,}8\;\mathrm{cal},çãçãçã
Q_{\text{calorímetro}} = K_{\text{calorímetro}}\;\Delta T = 15\times6{,}2 = 93\;\mathrm{cal}.íí
O calor total cedido pela reação é
Q_{\text{total}}=Q_{\text{solução}}+Q_{\text{calorímetro}} =1264{,}8+93 =1357{,}8\;\mathrm{cal}.çãí

Passo 3

Como \Delta H = -Q_{\text{total}}, obtemos
\Delta H = -1357{,}8\;\mathrm{cal}.

Passo 4

Convertendo para joules e para quilojoules (sabendo que 1, \mathrm{cal}=4{,}184, \mathrm{J}):
\Delta H = -1357{,}8\;\mathrm{cal}\times4{,}184\;\mathrm{J/cal} \approx -5682\;\mathrm{J} \approx -5{,}68\;\mathrm{kJ}.

Passo 5

Molecularmente, quando \mathrm{H^+} do ácido se une ao \mathrm{OH^-} da base, forma-se uma nova ligação O–H na molécula de água. A formação dessa ligação é um processo exotérmico (libera energia), e essa energia se manifesta como aumento da energia cinética média das moléculas da solução, elevando a temperatura dentro do calorímetro.

Resposta

(a) \Delta H = -1357{,}8, \mathrm{cal} (ou aproximadamente -5{,}68, \mathrm{kJ}).
(b) O aumento de temperatura ocorre porque a formação da ligação O–H em \mathrm{H_2O} libera energia (reação exotérmica), que é transferida para a solução, elevando sua temperatura.

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