Aquecendo a Água em Camping

RELATÓRIO - TRANSFORMAÇÕES QUÍMICAS

PRÁTICA 3 - Aquecendo a água em um camping

INTRODUÇÃO

A Lei de Hess foi proposta pelo químico suíço Germain Henry Hess. É uma lei experimental e estabelece que a variação de entalpia de uma reação química depende apenas dos estados inicial e final da reação. Pode ser enunciada da seguinte maneira:

“A variação entálpica de uma reação química depende apenas dos estágios inicial e final da mesma. Não importando, portanto, os processos intermediários.”

Logo, pode-se inferir, a partir do enunciado acima, que a variação de entalpia total de uma reação independe se o processo foi feito em uma reação direta ou com mais reações, a partir da formação de subprodutos. Este experimento visa a verificação disso na prática.

TAREFA 1

O intuito desta tarefa era comprovar a Lei de Hess por meio da análise das variações de entalpias de três reações, dentre as quais uma delas corresponde à reação global das outras duas.

A primeira reação seria realizada entre óxido de cálcio e água, formando hidróxido de cálcio, como mostrado abaixo:

CaO(s) + H2O(l) Ca(OH)2 (s)

A variação de entalpia desta reação (ΔH1) pode ser calculada utilizando a fórmula abaixo, onde ma corresponde à massa de água para a qual o calor seria transferido (ou seja, a quantidade em excesso na reação), ca é o calor específico da água e ΔT é a variação de temperatura do sistema.

H1 = ma ca T

Para a unidade de medida da entalpia estar de acordo com a desejada (KJ/mol), as variáveis estarão nas unidades abaixo:

ma Kg

ca JgºC ca = 4,184 JgºC

T ºC

Além disso, o valor obtido deve ser dividido pelo número de mols da reação (n). Logo:

H1 = 4,184n ma T

Note que ΔT é calculado como na fórmula abaixo, onde To é a temperatura inicial da água e Tf é a final, ambas em ºC:

T = Tf - To

Foram medidos 20 mL de água destilada na proveta. Com um termômetro, verificou-se que sua temperatura era de 25 ºC. Esta seria a temperatura inicial To. Além disso, foram pesados 2,952 g de óxido de cálcio (CaO) em um béquer de capacidade 100 mL.

Como a massa molar do CaO é 56 g/mol, a quantidade pesada corresponde ao valor de 0,0527 mol de CaO. Colocando os coeficientes estequiométricos da reação:

0,0527 CaO(s) + 0,0527 H2O(l) 0,0527 Ca(OH)2 (s)

Com isso, tem-se que n é 0,0527 mol. Como a massa molar da água é 18 g/mol, isso indica que a massa de água participante da reação é 0,95 g. Por fim, a quantidade de água que receberá calor tem massa 19,05 g. Reescrevendo a fórmula da entalpia:

H1 = 4,1840,0527 0,01905 (Tf - 25) KJ/mol

H1 = 1,51 (Tf - 25) KJ/mol

A água da proveta foi colocada no béquer com o óxido de cálcio. Misturou-se o conteúdo com a bagueta para uniformizar a reação. A temperatura final medida foi de 37 ºC. Logo:

H1 = 1,51 (37 - 25) = 1,51 12 = 18,12 KJmol

A segunda reação seria realizada no mesmo béquer, onde seria colocado um volume da solução aquosa de ácido clorídrico. Esperou-se que o conteúdo do béquer entrasse em equilíbrio térmico com o ambiente. Isto ocorreu à temperatura de 24 ºC; esta seria a nova temperatura To.

A quantificação do volume da solução aquosa que deveria ser utilizado parte da estequiometria da reação.

Ca(OH)2 (s) + 2 HCl(aq) CaCl2 (aq) + 2 H2O(l)

Visto que a quantidade de hidróxido de cálcio é obtida com base na equação anterior (0,0527 mol), pode-se balancear a segunda reação:

0,0527 Ca(OH)2 (s) + 0,1054 HCl(aq) 0,0527 CaCl2 (aq) + 0,1054 H2O(l)

Como a solução de HCl é de 2 mol/L, 0,1054 mol corresponde à 52,7 mL da solução. A fim de garantir que todo o hidróxido reagisse, foram medidos 60 mL da solução aquosa; deste modo, o HCl agiria como reagente em excesso.

O cálculo da variação de entalpia (ΔH2) segue com o mesmo princípio:

H2 = 4,184n ma T

Note que n permanece com o valor de 0,0527 mol. E, agora, ma corresponde à água restante no béquer e à água da solução aquosa a ser adicionada.

A solução de HCl possui 2 mols de HCl por litro de solução, o que corresponde a uma relação de 73 g de HCl a cada litro da solução; o restante da solução é água. Aplicando a mesma proporção aos 60 mL de solução medidos:

1 L = 1000 mL de solução 73 g de HCl

60 mL de solução M g de HCl

∴ M = 4,38 g de HCl

Logo, temos 55,62 g de água. Com os 19,05 g anteriores, temos um novo valor ma de 74,67 g.

Então, a entalpia segue por:

H2 = 4,1840,0527 0,07467 (Tf - 24) = 5,93 (Tf - 24) KJ/mol

A temperatura final obtida foi de 39 ºC. Portanto:

H2 = 5,93 (39 - 24) = 5,93 15 = 88,95 KJ/mol

A terceira reação deveria ser feita separadamente, e envolvia como reagentes o óxido de cálcio e o ácido clorídrico.

CaO(s) + 2 HCl(aq) CaCl2 (aq) + H2O(l)

Para esta reação, foram pesados 2,94 g de óxido de cálcio em um béquer e medidos novamente 60 mL da solução aquosa de HCl na proveta. A temperatura inicial To era de 24 ºC.

O cálculo de entalpia seguia da seguinte maneira:

H3 = 4,184n ma T

A massa de 2,94 g de CaO corresponde a 0,0525 mol de óxido de cálcio. Esse é o valor de n. Com os 60 mL de solução, temos 55,62 g de água, este é o valor de ma.

H3 = 4,1840,0525 0,05562 (Tf - 24) = 4,43 (Tf - 24) KJ/mol

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