II.7.3. Determinarea căldurii de neutralizare.

Căldura (entalpia) molară de neutralizare a unui acid cu o bază reprezintă cantitatea de căldură degajată când un mol de ioni hidroniu (H₃⁺O) reacționează cu un mol de ioni de hidroxid (HO^-).

Pentru reacțiile dintre acizii tari monoprotici și bazele tari monoprotice, în soluții apoase diluate, entalpia molară de neutralizare are aceeași valoare de (– 57,27) kJ/mol acid sau bază, la temperatura de 25°C și presiunea de 1 atm, indiferent de natura acidului și a bazei.

Deoarece acizii și bazele tari sunt electroliți tari, disociază total și prin urmare reacția de neutralizare se poate scrie ca o reacție ionică :

H₃⁺O (aq) + HO^- → 2H₂O (l) ; ΔH°_neutr.= - 57,27 kJ/mol acid sau bază

🔦 Observație

Când acidul, baza sau ambele sunt electroliți slabi, deci sunt parțial disociați în soluție, entalpia molară de neutralizare este mai mică, datorită energiei consumate pentru disocierea lor.

👀 Experiment: Determinarea căldurii (entalpiei) de neutralizare
🔥 Atenție! Hidroxidul de sodiu și acidul clorhidric sunt extrem de caustici!

Materiale necesare:
50 mL soluție 0,5M de hidroxid de sodiu, 50 mL soluție 0,5M de acid clorhidric, pahar Berzelius, calorimetru.

Descrierea experimentului:

• Introdu în vasul calorimetrului calorimetrului 50 mL soluție 0,5M de hidroxid de sodiu și cu termometru măsoară temperatura inițială (t_i) după 3 minute;

• Peste soluția de NaOH pune 50 mL soluție 0,5M de HCl.

• Agită continuu până la terminarea reacției.

• Când temperatura rămâne constantă o vei nota ca fiind temperatura finală (t_f).

• Calculează variația temperaturii: Δt = t_f – t_i = 3°C

• Calculează căldura (Q) degajată în această reacție de neutralizare cu ajutorul relației:
  Q = m_s ∙ c ∙ Δt = 100 g ∙ 4,18 ∙ 10^-3 kJ/ g ∙ grad ∙ 3°C = 1,254 kJ
  m_s = masa soluției = 50 g + 50 g = 100 g (considerăm că ambele soluții au densitatea egală cu 1 g/mL)
  c = căldura specifică a apei din calorimetru = 4,18 J/g ∙ grad = 4,18 ∙ 10^-3 kJ/ g ∙ grad
  Δt = t_f – t_i = variația temperaturii

• Calculează nr. de moli de NaOH (sau de HCl) utilizați din formula concentrației molare:

• Cum neutralizarea este o reacție exotermă, vom pune semnul minus la formula entalpiei de neutralizare.
• Calculează entalpia (căldura) de neutralizare (ΔH°_neutr.) conform relației:

• Compară rezultatul tău cu cel teoretic. Dacă sunt diferențe între rezultatul practic și cel teoretic, descoperă sursele de eroare.

ΔH°_neutr. = - 57,27 kJ/mol acid sau bază (rezultatul teoretic) ΔH°_neutr. = - 50,16 kJ/mol acid sau bază (rezultatul practic)

Surse de eroare:

• Am considerat densitatea celor două soluții de NaOH și HCl egală cu cea a apei. Cele două soluții au densitatea mai mare decât cea a apei distilate.
• Condițiile de temperatură și de presiune n-au fost chiar cele standard.
• Cântarul folosit pentru prepararea celor două soluții nu este de mare precizie.
• Termometrul folosit nu este de mare precizie. Mai pot fi și erori de citire a temperaturilor etc.

🔓 Problemă rezolvată

1. Într-un calorimetru se pune 150 g soluție 20% de NaOH peste care se adaugă o cantitate stoechiometrică necesară dintr-o soluție de HCl. Determină căldura degajată la neutralizarea soluției de hidroxid de sodiu cu soluția de acid clorhidric.

Rezolvare:

Scriem reacția de neutralizare:
NaOH (aq) + HCl (aq) → NaCl (aq) + H₂O (l)

Din formula căldurii molare de neutralizare, scoatem necunoscuta și-anume căldura degajată la neutralizare.

Calculăm masa de NaOH din soluția utilizată, din formula concentrației procentuale de masă:

Calculăm nr. de moli de NaOH:

Pentru reacțiile dintre acizii tari monoprotici și bazele tari monoprotice, în soluții apoase diluate, entalpia molară de neutralizare are aceeași valoare de (– 57,27) kJ/mol acid sau bază.

Q = ν ∙ ΔH°_neutr. = 0,75 moli ∙ (-57,27) kJ/mol = -42,952 kJ