Um calorímetro de volume constante foi calibrado realizando-se uma reação conhecida por liberar 0,90 kJ de calor em 0,060 L de solução no calorímetro, resultando em um aumento de temperatura do sistema de 2,85^circ C. Em seguida, realizou-se um experimento misturando-se 30,0 mL de uma solução aquosa 0,20 mol L^-1 de HClO2 com 30,0 mL de uma solução aquosa 0,20 mol L^-1 de NaOH no calorímetro. Observou-se um aumento de temperatura de 1,31^circ C
a) Escreva a equação química que ocorre no calorímetro.
b) Informe a variação da energia interna do sistema.
c) Qual o calor associado à reação?

Passo 1

Beleza, vamos dar uma olhada no que a questão está pedindo. Temos um problema de calorimetria, que é uma parte da química que estuda como o calor é trocado em reações químicas. Precisamos resolver três partes:
a) Escrever a equação química que ocorre no calorímetro.
b) Informar a variação da energia interna do sistema.
c) Determinar o calor associado à reação.
Para resolver isso, vamos precisar lembrar de algumas coisas básicas sobre reações químicas, energia interna e calorimetria.

Passo 2

Vamos começar com a parte a): Escrever a equação química que ocorre no calorímetro.
Primeiro, sabemos que estamos misturando ácido hipocloroso ( HClO2) com hidróxido de sódio (NaOH). Quando um ácido reage com uma base, geralmente forma-se um sal e água. Esse tipo de reação é chamado de reação de neutralização.
Então, a reação básica de neutralização entre HClO2 e NaOH seria:
HClO2 + NaOH NaClO2 + H2O
Essa é a equação química que está acontecendo no calorímetro.

Passo 3

Agora, vamos para a parte b): Informar a variação da energia interna do sistema.
A variação da energia interna ( De) em um sistema pode ser relacionada ao calor absorvido ou liberado e ao trabalho realizado. No caso de um calorímetro a volume constante, não há trabalho de expansão ou compressão (já que o volume não muda), então a variação da energia interna é igual ao calor trocado pelo sistema.
Na primeira parte do experimento, sabemos que uma reação libera 0,90 , kJ de calor. Como o sistema está liberando calor, a variação da energia interna será negativa, pois está perdendo energia.
Portanto:
De

Passo 4

Finalmente, vamos para a parte c): Qual o calor associado à reação?
Aqui, queremos determinar o calor ( q) da reação específica que ocorreu quando misturamos HClO2 com NaOH. Para isso, podemos usar a equação de calorimetria:
q = C cdot De
Onde:
  • C é a capacidade calorífica do calorímetro.
  • De é a variação de temperatura.
Primeiro, precisamos encontrar a capacidade calorífica do calorímetro usando os dados da calibração:
qcalibração = 0,90 , kJ e Deçã
Então:
C = qcalibraçãoDeçã
Agora, usando a variação de temperatura do segundo experimento ( De):
q = C cdot De
Como a temperatura aumentou, o sistema absorveu calor, então q é positivo.

Resposta

a) A equação química que ocorre no calorímetro é:
HClO2 + NaOH NaClO2 + H2O
b) A variação da energia interna do sistema é De.
c) O calor associado à reação é q approx 0,414 , kJ.

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