Suponha que 200 mL de HCl 0,400 mol L^-1 foram misturados com 200 mL de NaOH 0,400 mol L^-1 em um calorímetro de copo de café. A temperatura das soluções antes da mistura foi de 25,10^circ C. Após a mistura e a ocorrência da reação, a temperatura foi de 27,78^circ C. Qual foi a variação de entalpia quando um mol de ácido é neutralizado? Suponha que as densidades de todas as soluções sejam 1,00 g L ^-1, e suas capacidades caloríficas específicas, 4,20 J g^-1 K^-1.

Passo 1

Beleza, vamos resolver esse exercício de calorimetria! O que a gente tem aqui é uma mistura de ácido clorídrico (HCl) com hidróxido de sódio (NaOH) em quantidades iguais, e queremos descobrir a variação de entalpia quando um mol de ácido é neutralizado. Para isso, vamos precisar entender de reação de neutralização, calorimetria e algumas fórmulas básicas de física para calcular a quantidade de calor envolvida na reação.

Passo 2

Primeiro, vamos calcular a quantidade de mols de HCl e NaOH que estamos misturando. A concentração dada é de 0,400, mol, L^-1 e o volume é de 200, mL para cada solução. Lembrando que 200, mL é igual a 0,200, L.
Usamos a fórmula:
Mols = Concentração times Volume çã
Então para o HCl:
Mols de HCl = 0,400, mol, L^-1 times 0,200, L = 0,080, mol
E para o NaOH:
Mols de NaOH = 0,400, mol, L^-1 times 0,200, L = 0,080, mol

Passo 3

Agora que sabemos que temos 0,080, mol de cada reagente, podemos ver que a reação de neutralização completa. A equação da reação é:
HCl + NaOH NaCl + H2O
Então, como as quantidades são iguais, todo o HCl vai reagir com o NaOH.

Passo 4

Vamos calcular a quantidade de calor liberado ou absorvido na reação. Para isso, usamos a fórmula do calor:
q = m times c times De
Onde:
  • q é o calor,
  • m é a massa da solução,
  • c é a capacidade calorífica específica,
  • De é a variação de temperatura.

Passo 5

Primeiro, calculamos a massa da solução. Sabendo que a densidade é 1,00, g, mL^-1 e o volume total é 200, mL + 200, mL = 400, mL:
m = 400, mL times 1,00, g, mL^-1 = 400, g

Passo 6

A variação de temperatura ( De) é a temperatura final menos a inicial:
De

Passo 7

Agora, aplicamos os valores na fórmula do calor:
q = 400, g times 4,20, J, g^-1, K^-1 times 2,68, K = 4521,6, J
Como a temperatura aumentou, a reação liberou calor, então q é negativo:
q = -4521,6, J

Passo 8

Esse é o calor liberado para a quantidade de mols que reagiram, que foi 0,080, mol. Queremos saber o calor liberado por mol, então dividimos:
De
Convertendo para kJ, mol^-1:
De

Resposta

A variação de entalpia quando um mol de ácido é neutralizado é de -56,5, kJ, mol^-1.

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