Questão Q02 da 2ª fase da FUVEST 2012

3º dia · Química

Um aluno efetuou um experimento para avaliar o calor envolvido na reação de um ácido com uma base. Para isso, tomou 8 tubos de ensaio e a cada um deles adicionou 50 mL de uma mesma solução aquosa de \ce{HCl} e diferentes volumes de água. Em seguida, acondicionou esses tubos em uma caixa de isopor, para minimizar trocas de calor com o ambiente. A cada um desses tubos, foram adaptados uma rolha e um termômetro para medir a temperatura máxima atingida pela respectiva solução, após o acréscimo rápido de volumes diferentes de uma mesma solução aquosa de \ce{NaOH}. O volume final da mistura, em cada tubo, foi sempre 100 mL. Os resultados do experimento são apresentados na tabela.

Tubo Volume de \ce{HCl} (aq)
(mL)		 Volume de \ce{H2O}
(mL)		 Volume de \ce{NaOH} (aq)
(mL)		 Temperatura máxima
(°C)
1 50 50 0 23,0
2 50 45 5 24,4
3 50 40 10 25,8
4 50 35 15 27,2
5 50 30 20 28,6
6 50 25 25 30,0
7 50 20 30 30,0
8 50 15 35 30,0

a) Construa um gráfico, no quadriculado apresentado na página de resposta, que mostre como a temperatura máxima varia em função do volume de solução aquosa de \ce{NaOH} acrescentado.

b) A reação do ácido com a base libera ou absorve calor? Justifique sua resposta, considerando os dados da tabela.

c) Calcule a concentração, em \text{mol}\ \text{L}^{-1}, da solução aquosa de \ce{HCl}, sabendo que a concentração da solução aquosa de \ce{NaOH} utilizada era 2{,}0\ \text{mol}\ \text{L}^{-1}.

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Resolução comentada

a) No eixo horizontal colocamos o volume de \ce{NaOH} (mL) e, no vertical, a temperatura máxima (°C). Os pontos são: (0; 23,0), (5; 24,4), (10; 25,8), (15; 27,2), (20; 28,6), (25; 30,0), (30; 30,0) e (35; 30,0).\n\nDe 0 a 25 mL a temperatura sobe 1{,}4\ °\text{C} a cada 5\ \text{mL}, ou seja, os pontos estão alinhados numa reta crescente. De 25 mL em diante a temperatura fica constante em 30{,}0\ °\text{C}, o que dá um patamar horizontal. O gráfico é, portanto, duas semirretas que se encontram no ponto (25; 30,0).\n\nGráfico: reta crescente de (0; 23,0) até (25; 30,0), seguida de patamar horizontal em 30,0 °C de 25 mL a 35 mL.\n\nb) A temperatura da mistura aumenta à medida que se adiciona \ce{NaOH}, e o sistema está praticamente isolado (isopor). Logo, a energia sai da reação e aquece a solução: a reação libera calor, isto é, é exotérmica.\n\nO aquecimento só cresce enquanto ainda há \ce{HCl} para reagir. Depois que todo o ácido é consumido, mais base não gera mais calor, e a temperatura estabiliza.\n\nA reação é exotérmica (libera calor), pois a temperatura aumenta com a adição de base.\n\nc) A temperatura máxima é atingida quando \ce{HCl} e \ce{NaOH} reagem totalmente na proporção estequiométrica, 1:1:\n\n

\ce{HCl + NaOH -> NaCl + H2O}
\n\nO patamar começa no tubo 6, com 25\ \text{mL} de \ce{NaOH}. Nesse ponto, n_{\ce{HCl}} = n_{\ce{NaOH}}.\n\n1. Quantidade de \ce{NaOH}: n = 2{,}0\ \text{mol/L} \times 0{,}025\ \text{L} = 0{,}050\ \text{mol}.\n2. Esse valor é igual à quantidade de \ce{HCl} em 50\ \text{mL}.\n3. Concentração:
[\ce{HCl}] = \frac{0{,}050\ \text{mol}}{0{,}050\ \text{L}} = 1{,}0\ \text{mol/L}
\n\n**[\ce{HCl}] = 1{,}0\ \text{mol L}^{-1}**

Assuntos: termoquímica, estequiometria, neutralização ácido-base.

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