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Calorimetria: esercizi svolti-chimicamo

Calorimetria: esercizi svolti

  |   Chimica, Stechiometria

La calorimetria consente di misurare tramite un calorimetro il calore assorbito o ceduto nel corso di una reazione chimica o nel corso di un processo fisico.

La calorimetria e, in particolare la calorimetria differenziale a scansione è un mezzo efficace per misurare le temperature dei passaggi di stato

Quando una reazione esotermica avviene in acqua sia l’acqua che il calorimetro assorbono il calore liberato dalla reazione:

calore liberato dal sistema + calore assorbito dall’acqua + calore assorbito dal calorimetro = 0

o,

qsistema = – ( qacqua + q calorimetro)

essendo qacqua = calore specifico dell’acqua x massa dell’acqua ∙ ΔT

e q calorimetro = capacità termica del calorimetro ∙ ΔT

Esercizi svolti

1)      Quando 1.095 g di NaOH sono disciolti in 150.00 g di acqua in un calorimetro la temperatura dell’acqua varia da 23.50 °C a 25.32 °C. La capacità termica del calorimetro è 32.9 J/°C. Calcolare il calore sviluppato dalla dissoluzione dell’idrossido di sodio.

Tenendo conto che il calore specifico dell’acqua è 4.184 J/ g · °C si ha che il calore guadagnato dalla soluzione avente massa 150.00 + 1.095 = 151.095 g è pari a:
qsoluzione = 4.184 ∙ 151.095 ( 25.32 – 23.50) = 1150 J

Avendo assimilato il calore specifico dell’acqua con il calore specifico della soluzione.

Il calore guadagnato dal calorimetro è pari a:

qcalorimetro = ( 25.32 – 23.50) 32.9 = 59.9 J

Il calore totale è pari a 59.9 + 1150 = 1210 J = 1.21 ∙ 103 J

Il calore sviluppato dalla dissoluzione dell’idrossido di sodio è quindi – 1.21 ∙ 10-3 J

Spesso viene richiesto il calore sviluppato per mole. Convertiamo la massa di NaOH in moli:

moli di NaOH = 1.095 g/40.0 g/mol = 0.02738

il calore sviluppato dalla dissoluzione di una mole di NaOH è pari a:

– 1.21 ∙ 10-3 J / 0.02738 mol = – 44200 J/mol = – 44.2 kJ/mol

2)      50.0 g di una soluzione 0.200 M di NaBr a 23.65 °C sono posti in un calorimetro contenente 50.00 g di AgNO3 0.200 M a 23.65 °C. La capacità termica del calorimetro è 65.0 J/°C mentre quella della soluzione è 4.20 J/g°C; tenendo conto che la temperatura finale del sistema è pari a 25.40 °C calcolare il calore sviluppato dalla reazione.

Poiché : q soluzione  + q calorimetro  = q reazione

q soluzione   = ( 50.0 + 50.0) ∙ 4.20 ( 25.40 – 23.65) = 735   J

q calorimetro  = ( 25.40 – 23.65) ∙ 65.0 = 114 J

Il calore correlato alla reazione:
NaBr(aq) + AgNO3(aq) = AgBr(s) + NaNO3(aq)

è pari a 735 + 114 = 849 J

3)      Il saccarosio reagisce con l’ossigeno secondo la reazione:

C12H22O11(s) + 12 O2 (g) → 12 CO2 (g) + 11 H2O(l)

Calcolare il calore sviluppato per mole di saccarosio sapendo che quando 2.75 g di saccarosio reagiscono con un eccesso di ossigeno in una bomba calorimetrica contenente 4.80 Kg di acqua la variazione di temperatura è pari a 2.01 °C. la capacità termica del calorimetro è 2540 J/°C.

Il calore assorbito dall’acqua è pari a:

qacqua = 4.184 J/g°C ∙ 4800 g ∙ 2.01 °C = 40400 J = 40.4 kJ

il calore assorbito dal calorimetro è pari a:

qcalorimetro = 2540 J/°C ∙ 2.01 °C = 5100 J = 5.10 kJ

il calore di reazione:

q reazione = – ( 40.4 + 5.10) = – 45.5 kJ

la quantità di calore sviluppata per mole di saccarosio è pari a:

( 45.5 kJ/ 2.75 g) ( 342.0 g / 1 mol C12H22O11) = 5.55 ∙103 kJ/mol

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