Calore di Combustione - misurare e confrontare le quantità di calore associate a tre diverse reazioni chimiche

Calore di Combustione

Scopo dell'esperienza: misurare e confrontare le quantità di calore associate a tre diverse reazioni chimiche.

Materiale utilizzato: tre becker, un termometro, 200ml di H₂O, idrossido di sodio (NaOH - 4g allo stato solido), una soluzione acquosa di cloruro di idrogeno (HCl - 0.5M), una soluzione acquosa di cloruro di idrogeno (HCl - 1M) e una soluzione acquosa di idrossido di sodio (NaOH - 1M).

Procedimento:

Si disciolgono 4 g di NaOH in un becker contenente 200ml di H₂O (T = 20.2°C). Si misura la temperatura della soluzione ottenuta (24.9°C).

DT₁ = 4.7°C

NaOH_(s)+H₂0 Na⁺+OH^-+q₁

Si disciolgono 4g di NaOH in 200ml della soluzione acquosa di HCl (0.5M - T = 20.9°C). La temperatura finale rilevata è di 37.1°C. DT₂ = 10.8°C

NaOH_(s) + H⁺_(aq) + Cl^-_(aq) Na⁺ + Cl^- + H₂O + q₂

Si mescolano 100ml della soluzione acquosa di NaOH (1M - 20.8°C) con 100ml della soluzione acquosa di HCl (1M - 20.8°C) e si  misura la temperatura finale del sistema (27.2°C). DT₃ = 6.4°C

Per determinare la quantità di calore necessaria per le variazioni di temperatura nelle tre reazioni si utilizza la formula: Q = m*DT*cs , dove m è la massa, DT la variazione di temperatura, e cs il calore specifico della soluzione (cs H₂O = 1).

Q₁= 200g * 4.7°C *1 = 940cal

Q₂= 200g * 10.8°C *1 = 2160cal

Q₃= 200g * 6.4°C *1 = 1280cal

Per calcolare il calore molare si risolve la seguente proporzione:

0.1M : Q_1/2/3 = 1 : q_1/2/3

I risultati delle tre proporzioni sono i seguenti:

q₁ = 9400cal

q₂ = 21600cal

q₃ = 12800cal

Il calore molare viene anche indicato con entalpia

Osservazioni:

q₁ + q₃ = q₂

1) NaOH_(s) + H₂O Na⁺_(aq) + OH^-_(aq) + H₂O + q₁

q₁ è il calore liberato dalla dissociazione in acqua di NaOH solido

2) HCl_(aq) + NaOH_(s) H₂O + Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq) + q₂

q₂ è il calore liberato dalla dissociazione di NaOH più il calore di formazione di H₂O

3) NaOH_(aq) + HCl_(aq) H₂O + Na⁺_(aq) + Cl^-_(aq) + q₃

q₃ è il calore di formazione di H2O nella reazione. Na⁺ e Cl^- sono ioni spettatori.

Conclusioni: Nella prima reazione si osserva la dissociazione di NaOH in acqua che causa l'aumento di temperatura del sistema. Nel secondo caso si ha la dissociazione di NaOH nella soluzione acquosa e la successiva reazione con HCl. Nella terza reazione NaOH è già dissociato in acqua, quindi la sola reazione è la formazione di H₂O.