Universidade Federal de Minas Gerais

Departamento de Química

Físico-Química Experimental C1

Determinação do calor de uma reação de neutralização

Nome: Felipe Marques da Silva

Turma: PF2

Professor: Bernardo Lages Rodrigues

Belo Horizonte

Março de 2015

Introdução

Ácidos e bases são uma importante classe de compostos. Existem muitas formas de classificações

ácido-base, mas de uma forma geral, podemos dizer que compostos ácidos são aqueles que aumentam

a concentração de íons hidrogênio, H+, numa solução aquosa, enquanto que um composto básico é

aquele que aumenta a concentração de íons hidróxido, OH-, em uma solução aquosa. Uma reação de

neutralização, também chamada de reação ácido-base, é uma reação na qual um composto ácido reage

com um composto básico tendo como produtos água e um sal. Pode-se utilizar o ácido clorídrico e o

hidróxido de sódio para exemplificar:

Reação característica de ácidos

HCl + H2O Cl- + H+

Reação característica de bases

NaOH + H2O Na+ + OH-

Reação de neutralização ou ácido-base

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)

O calor de neutralização é a energia, em forma de calor, que é transferida em uma reação ácido-

base. Sendo que a reação pode ser endotérmica ou exotérmica, na qual, endotérmica é a reação que

absorver energia de sua vizinhança e exotérmica uma reação que libera energia para sua vizinhança.

Com a utilização de um calorímetro pode-se determinar o calor de uma reação de neutralização.

Objetivos

Determinar o calor de uma reação de neutralização de um ácido forte por uma base forte.

Desenvolvimento

Através da equação abaixo:

∑ 𝑄 = 𝑄1 + 𝑄2 + ⋯ + 𝑄𝑛 = 0

𝑛

𝑖=1

E das seguintes relações:

𝑄 = 𝐶 ∗ ∆𝜃

𝑄 = 𝑚 ∗ 𝑐 ∗ ∆𝜃

No qual:

C = Capacidade calorífera

c = Calor específico

Q = Calor

m = massa

Δθ = Variação de temperatura

Pode-se encontrar o calor de uma reação de neutralização. E para tanto a equação tem o

seguinte formato:

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 + 𝑄á𝑔𝑢𝑎 + 𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 = 0

Portanto:

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = −𝑄á𝑔𝑢𝑎 − 𝑄𝑐𝑎𝑙𝑜𝑟í𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = −(𝑚á𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑜 á𝑐 ∗ 𝑐 ∗ Δθác) – (𝑚á𝑔𝑢𝑎 𝑑𝑎 𝑏𝑎𝑠 ∗ 𝑐 ∗ Δθbas) − (Ccal ∗ Δθ𝑏𝑎𝑠)

Portanto inicialmente foi feito a determinação da capacidade calorífera do calorímetro que seria

utilizado para a determinação do calor de reação de neutralização. Para tanto se utilizou de duas

garrafas térmicas. Em uma foi colocado 100 ml de água a temperatura ambiente e na outra 50 ml de

água resfriada. As duas garrafas foram bem fechadas e a temperatura da água que estava em cada uma

delas foi medida, com um termômetro digital e anotada, sendo essas as temperaturas iniciais.

Trt = 25,1 °C

Tc = 8,9 °C

A água resfriada foi colocada na garrafa térmica que continha à água a temperatura ambiente, a

garrafa foi fechada e após a estabilização da temperatura foi anotado o valor e tido como nossa

temperatura final.

Tf = 19,9 °C

Dessa forma temos:

𝐶𝑐𝑎𝑙 =−(𝑚𝑟𝑡 ∗ 𝑐 ∗ Δθ𝑟𝑡) – (𝑚𝑐 ∗ 𝑐 ∗ Δθ𝑐)

Δθ𝑟𝑡

𝐶𝑐𝑎𝑙 =−(100𝑔 ∗ 1,0 𝑐𝑎𝑙𝑔−1°𝐶−1 ∗ (−5,2 °𝐶)) – (50𝑔 ∗ 1,0 𝑐𝑎𝑙𝑔−1°𝐶−1 ∗ (11,3))

−5,2 °𝐶

𝐶𝑐𝑎𝑙 = 8,65 𝑐𝑎𝑙 °𝐶−1

Determinado o valor da capacidade calorífera do calorímetro e assumindo que nosso sistema é

adiabático e, portanto, não troca calor com as vizinhanças, realizou-se o processo para a determinação

do calor de reação de neutralização.

Colou-se 100 ml de ácido clorídrico em uma das garrafas térmicas e na outra 100 ml de hidróxido

de sódio, ressaltando que a garrafa que será utilizada como calorímetro, que possui a capacidade

calorífera determinada é a que esta com a base.

Dessa forma mediram-se as temperaturas em ambos.

TiHCl = 24,8 °C

TiNaOH = 25,2 °C

A solução de ácido clorídrico foi adicionada na garrafa contendo a solução de hidróxido de sódio,

a mesma foi fechada e o termômetro, foi introduzido. Após a estabilização da temperatura a mesma foi

considerada como temperatura final.

Tf = 26,6 °C

Por fim, foi determinada a quantidade de água presente em cada solução utilizando o conceito

de fração molar, no qual temos que:

𝑥𝑖 =𝑛𝑖

𝑛𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙

Sabemos que a concentração esta em mol por litro,

Conc. NaOH = 0,2506 mols L-1

Conc. HCl = 0,2456 mols L-1

Sabemos também que um litro de água é equivalente a:

𝑛°𝑚𝑜𝑙𝑠 =𝑚

𝑀𝑀=

1000 𝑔

18,01 𝑔 𝑚𝑜𝑙−1= 55,52 𝑚𝑜𝑙𝑠

Assim temos que:

𝑥á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 𝑏𝑎𝑠 =55,52 𝑚𝑜𝑙𝑠

55,52 𝑚𝑜𝑙𝑠 + 0,2506= 0,99

𝑥á𝑔𝑢𝑎 𝑛𝑜 á𝑐 =55,52 𝑚𝑜𝑙𝑠

55,52 𝑚𝑜𝑙𝑠 + 0,2456= 0,99

Portanto temos que a água equivale a 99% da solução que foi utilizada, como se utilizou 100 ml

das duas soluções, temos que 99 ml, aproximadamente, eram de água.

Utilizando os valores na equação temos:

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = −(99,0𝑔 ∗ 1,0 𝑐𝑎𝑙 𝑔−1°𝐶−1 ∗ 1,8 °C) – (99,0𝑔 ∗ 1,0 𝑐𝑎𝑙 𝑔−1°𝐶−1 ∗ 1,4 °𝐶) − (8,65 𝑐𝑎𝑙 °𝐶−1 ∗ 1,4 °𝐶)

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = −328,91 𝑐𝑎𝑙

No SI:

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 = −1376,81 J

Como a reação é de um pra um e utilizando o HCl que possui a menor concentração

determinamos o calor de reação molar, ressaltando que a razão é dada pela quantidade de mols no

volume utilizado, temos:

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 =−328,91 𝑐𝑎𝑙

0,02456 𝑚𝑜𝑙= −13392,1 𝑐𝑎𝑙 𝑚𝑜𝑙−1

No SI:

𝑄𝑟𝑒𝑎çã𝑜 𝑚𝑜𝑙𝑎𝑟 =−1376,81 J

0,02456 𝑚𝑜𝑙= −56059,0 𝐽 𝑚𝑜𝑙−1

Conclusão

Determinamos, experimentalmente, o calor de reação molar entre uma base forte e um ácido

forte, em SI, com valor de -56059,0 J mol-1. Comparando com o valor dado na literatura, que é -57321 J

mol-1, temos um erro percentual de 2%. Assim concluímos que o objetivo do experimento foi alcançado

com sucesso. Esse pequeno erro pode advir de erros durante o processo, dos quais pode ser citado: o

material não ser adequado ou não estar calibrado, mais de uma pessoa realizando o experimento, o que

pode ocasionar um acumulo de erro humano, o não controle do ambiente, etc.

O resultado negativo confirma o que foi observado durante o experimento, pois durante a

reação foi observado um aumento de temperatura e dessa forma podemos caracterizar a reação como

exotérmica.

Bibliografia

1. De Miranda-Pinto, C.O.B. et al.; Manual de trabalhos práticos de físico-química. Belo horizonte:

Editora UFMG, 2006.

2. ATKINS, P.; PAULA J.; Físico-Química. 8ª ed. Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, v.1,

2008.

3. Calorimetria, fórmulas; Disponível em

<http://www.sofisica.com.br/conteudos/FormulasEDicas/formulas7.php> Acesso em: 28/03/15

as 19:00

4. Equação de conversão; disponível em: <http://www.colegioweb.com.br/trabalhos-

escolares/fisica/termometria/equacao-de-conversao.html> Acesso em: 28/03/15 as 18:00

5. John, B.R. Química Geral. 2a ed., Pearson Makron Books, v.1, 1994.