Determinação do calor de uma reacção

Fundamentação teórica

A maior parte dos processos químicos e físicos envolvem transformações que são acompanhadas por variações energéticas. No laboratório as trocas de calor em processos físicos e químicos são medidas com um calorímetro. A calorimetria empenha-se na medição das trocas de calor. A medição de calor, depende da compreensão dos conceitos de calor específico, e capacidade calorífica.

Calor específico (c) de uma substancia é a quantidade de calor necessária para elevar de um grau Célsius a temperatura de um grama da substancia. O calor específico é uma propriedade intensiva. Capacidade calorífica (C) de uma substancia é a quantidade de calor necessária para elevar de um grau Célsius a temperatura de dada substancia. A capacidade calorífica é uma propriedade extensiva. O calor específico e a capacidade calorífica relacionam-se pela seguinte expressão:

(01)

Em que é a massa da substância em gramas, o calor especifico em e capacidade calorífica em .

Conhecendo o calor específico e a massa de uma substancia, a variação da temperatura de uma amostra ( ) indicara a quantidade de calor ( ) que foi absorvido ou libertado em um determinado processo. O cálculo do calor transferido será feito pela seguinte equação:

(02)

A mudança de calor a pressão constante chama-se calor da reacção ou variação da entalpia. Quando um sistema sofre uma variação a pressão constante, o calor durante o processo é igual a variação de entalpia do sistema. A equação para a primeira lei da termodinâmica fica:

(03)

Objectivos

Determinar o calor de uma base, de um ácido forte e o calor de neutralização de uma base e de um ácido forte.

Reacção 1 (ΔH₁)

Materiais:

· Balança analítica (01)

· Copos de béquer de 250ml (01),

· Bastão de vidro (01)

· Proveta (01)

· Termómetro (01)

· balão volumétrico de 250ml (01)

Reagentes

· Hidróxido de potássio, KOH;

· Água destilada.

Procedimentos׃

Pesou-se o copo de béquer de 250ml e colocou-se 100ml de água, agitou-se ate atingir a temperatura ambiente, tendo se registado 25ºC;
Pesou-se 25gramas de KOH em um vidro de relógio e verteu-se agua;
Agitou-se ate dissolução completa e mediu-se a temperatura tendo se registado 48ºC .

Resultados:

O KOH dissolveu-se e a solução continuou incolor;
A temperatura do copo e da solução subiu para 48ºC;

Discussão dos resultados׃

O KOH sofreu uma dissolução em água, neste processo a temperatura aumentou devido ao aumento das colisões entre as partículas reagentes. O calor é libertado para a vizinhança representa representando uma reacção exotérmica.
A seguir são apresentados alguns cálculos que elucidam o processo:

Dados׃ ΔT = T₂ – T₁ Qp = m.C.ΔT

T₁= 25ºC ΔT= 48ºC - 25ºC Qp =125g.4,184J.g^-1 ºC^-1.23 ºC

T₂= 48ºC ΔT = 23ºC Qp = 12029J

m (KOH) = 25g m = m_(KOH)+ m_(H2O) Qp =12,02KJ

V(H₂O) = 100ml=100g m= 25g+100g O calor absorvido pela solução,

C (H₂O) = 4,164J.g^-1.º C^-1m= 125g o mesmo absorvido pelo béquer

Qp = ΔH Mr(KOH) =56g.mol^-1 Mr(H₂O) =18g.mol^-1

ΔHr = - ΔH solução n(KOH) = m/Mr n(H₂O) = m/Mr

ΔHr = -12,02KJ n(KOH) = 25g/56g.mol^-1 n(H₂O) = 100g/ 18g.mol^-1

O calor da reacção. n(KOH) = 0,45mol n(H₂O) = 5,56mol

n_(solução) = n_(H2O)+ n_(KOH) 6,01mol KOH 12,02KJ

n_(solução) = 5,56g + 0,45g 1mol KOH X

n_(solução) = 6,01mol X =2KJ calor libertado por uma mol de KOH

V= 250ml=0,25L

C= n/V

C= 0,45mol/0,25L

C= 1,8M a concentração da solução após completar o volume de 250ml.

Conclusão:

A reacção de dissociação do KOH é exotérmica visto que ocorre com a libertação de calor e ΔH_r< 0.

Reacção 2 (ΔH₂)

Materiais:

· Balança analítica (01)

· Copos de béquer de 250ml (01),

· Bastão de vidro (01)

· Proveta (01)

· Termómetro (01)

· balão volumétrico de 250ml (01)

Reagentes

· Iodeto de potássio, KI;

Água destilada.

Procedimentos:

Pesou-se o copo de béquer de 250ml e colocou-se 100ml de água, agitou-se ate atingir a temperatura ambiente, tendo se registado 25ºC;
Pesou-se 25gramas de KI em um vidro de relógio e verteu-se agua;
Agitou-se ate dissolução completa e mediu-se a temperatura tendo se registado 19ºC .

Resultados׃

O KI dissolveu-se e a solução continuou incolor;
A temperatura do copo e da solução desceu para 19ºC

Discussão dos resultados׃

A dissolução do KI em água ocorre com a absorção do calor da vizinhança, representa uma reacção endotérmica, o que é comprovado com o resfriamento das paredes do sistema.

Dados׃ ΔT = T₂ – T₁ Qp = m.C.ΔT

T₁= 25,5ºC ΔT= 19ºC – 24,5ºC Qp =125g.4,184J.g^-1 ºC^-1.(-5,5ºC)

T₂= 19ºC ΔT = - 5,5ºC Qp = 2876,5J

m (KI) = 25g m = m_(KI)+ m_(H2O) Qp = -2,9KJ

V(H₂O) = 100ml=100g m= 25g+100g O calor libertado pela solução,

C (H₂O) = 4,164J.g^-1.º C^-1m= 125g o mesmo libertado pelo béquer

Qp = ΔH Mr(KI) =166g.mol^-1 Mr(H₂O) =18g.mol^-1

ΔHr = - ΔH solução n(KI) = m/Mr n(H₂O) = m/Mr

ΔHr = 2,9KJ n(KI) = 25g/166g.mol^-1 n(H₂O) = 100g/ 18g.mol^-1

O calor da reacção. n(KI) = 0,15mol n(H₂O) = 5,56mol

n_(solução) = n_(H2O)+ n_(KI) 5,71mol KI 2,9KJ

n_(solução) = 5,56g + 0,15g 1mol KI X

n_(solução) = 5,71mol X =0,5KJ calor libertado por uma mol de KI

V= 150ml = 0,15L

C= n/V

C= 0,15mol/0,15L

C= 1M a concentração da solução após completar o volume de 150ml

Conclusão:

A reacção de dissociação do KI é endotérmica visto que ocorre com a absorção de calor da vizinhança, sendo o ΔH ˃ 0

Reacção 4 (ΔH₄)

Materiais:

· Balança analítica (01)

· Copos de béquer de 150ml (01),

· Bastão de vidro (01)

· Proveta (01)

· Termómetro (01)

Reagentes

· Hidróxido de potássio, KOH;

Solução de ácido sulfúrico.

Procedimentos:

· Pesou-se o copo de béquer de 150ml, introduziu-se 100ml de solução de ácido sulfúrico a 25M, agitou-se até atingir a temperatura ambiente e registou-se a temperatura de 25ºC;

· Pesou-se 25g de KOH e verteu-se na solução de ácido sulfúrico. Agitou-se e registou-se a temperatura de 57ºC.

Resultados׃

O KOH dissolve-se na solução de H₂SO₄, a temperatura aumenta e forma-se um precipitado de cor branco que se deposita no fundo do copo.

Discussão dos resultados׃

A reacção de KOH e a solução de H₂SO₄ é uma reacção de neutralização visto que há formação de um sal e água. A reacção é muito exotérmica devido ao calor que libertado para a vizinhança e devido ao aumento das colisões entre as partículas reagentes.

Dados׃ ΔT = T₂ – T₁ Qp = m.C.ΔT

T₁= 25ºC ΔT= 57ºC – 25ºC Qp =125g.4,184J.g^-1 ºC^-1.32ºC

T₂= 57ºC ΔT = 32ºC Qp = 16736J

m (KOH) = 25g m = m₍_H2SO4)+ m_(KOH) Qp = 16,7KJ

V(H₂SO₄) = 100ml=100g m= 100g+25g O calor absorvido pela solução.

C (H₂O) = 4,164J.g^-1.º C^-1m= 125g

Qp = -ΔH

ΔHr = - ΔH solução

ΔHr = -16,7KJ O calor da reacção

Conclusão:

A reacção de KOH e a solução de H₂SO₄ é uma reacção de neutralização e exotérmica, ocorre com a libertação de calor para a vizinhança, o ΔH < 0.

H₂SO_4(aq)+ 2KOH_(s) K₂SO_4(aq) + 2H₂O_(l); ΔH= - 16,7KJ

Reacção 5 (ΔH₅)

Materiais:

· Balança analítica (01)

· Copos de béquer de 150ml (01),

· Bastão de vidro (01)

· Proveta (01)

· Termómetro (01)

Reagentes

· Iodeto de potássio, KI;

Solução de ácido sulfúrico.

Procedimentos:

· Pesou-se um copo de béquer de 150ml, introduziu-se 100ml de solução de ácido sulfúrico a 25M já preparada, agitou-se até atingir a temperatura próxima da temperatura ambiente e registou-se a temperatura de 25ºC.

· Pesou-se 10g de KI, verteu-se na solução acido sulfúrico, agitou-se, e registou-se a temperatura de 21ºC.

Resultados׃

O iodeto de potássio dissolveu-se completamente e a solução tomou a cor amarelada;
Houve diminuição da temperatura.

Discussão dos resultados׃

A reacção da solução do H₂SO₄ e o KI ocorre com a absorção do calor da vizinhança, representa uma reacção endotérmica, o que é comprovado com o resfriamento das paredes do sistema.

Dados׃ ΔT = T₂ – T₁ Qp = m.C.ΔT

T₁= 25ºC ΔT= 21ºC – 25ºC Qp =60g.4,184J.g^-1 ºC^-1.(-4ºC)

T₂= 21ºC ΔT = -4ºC Qp = -1004,16J

m (KI) = 10g m = m₍_H2SO4)+ m_(KI) Qp = -1,0KJ

V(H₂SO₄) = 50ml=100g m= 50g+10g O calor libertado pela solução.

C (H₂O) = 4,164J.g^-1.º C^-1m= 60g

Qp = -ΔH

ΔHr = - ΔH solução

ΔHr = 1,0KJ O calor da reacção

Conclusão:

A reacção de dissociação do KI é endotérmica visto que ocorre com a absorção de calor da vizinhança, sendo o ΔH ˃ 0

A reacção é endotérmica, pois ocorre com absorção de calor.

H₂SO_4(aq)+ 2KI_(s) K₂SO_4(aq) + 2HI_(aq); ΔH= 1,0KJ

Reacção 6 (ΔH₆)

Materiais:

· Balança analítica (01)

· Copo de béquer de 150ml (01),

· Bastão de vidro (01)

· Proveta (01)

· Termómetro (01)

Reagentes

· Solução hidróxido de potássio, KOH;

Solução de ácido sulfúrico.

Procedimentos:

Mediu-se 100ml de acido sulfúrico a 0,25M e 100ml de KOH preparada na reacção 1. Agitou-se ate atingir a temperatura próxima a do ambiente e registou-se a temperatura de 25ºC;
Adicionou-se a solução de KOH na solução de acido sulfúrico, misturou-se rapidamente, registou-se a temperatura de 28ºC e registou-se o p^H da solução sendo igual a 12,6.

Resultados׃

· Adicionado o acido sulfúrico a solução de KOH, preparada na solução 1 nota-se um aumento da temperatura.

Discussão dos resultados:

O aumento da temperatura verificado no sistema deveu-se ao aumento da energia cinética do sistema.