esercizio entalpia di reazione

[giovanni0111]

Buonasera,
sto svolgendo questo esercizio ma il risultato che ottengo è errato. La traccia dice: "Quando 50 mL di HCl 0.41 M sono combinati con 50 mL di NaOH 0.57 M in un calorimetro, la temperatura della soluzione aumenta di 2.66 °C. Qual è la variazione di entalpia per mole per la seguente reazione?
HCl + NaOH = NaCl + H2O
Assumi che la densità della soluzione sia 1.00 g/mL e che la capacità termica specifica della soluzione sia 4.18 J/g*K."

Calcolo la quantità di calore prodotta dalla variazione di temperatura Q=C*variaz. temp= 4.18*2.66=11,12 J
n(HCl)=MV=0.05*0.41=0.0205 mol
n(NaOH)=MV=0.05*0.57=0.0285 mol
Le moli della soluzione sono pari a n tot=0.0205+0.0285=0.049 mol
Ricavo infine la variazione di entalpia come Q/n tot=11.12/0.049=227 J
Qualcuno potrebbe aiutarmi a capire dove sbaglio? Grazie in anticipo

[Geber]

Il volume totale della soluzione è pari a 50 mL + 50 mL = 100 mL.

La massa della soluzione è data da m = d ∙ V = 1.0 g/mL ∙ 100 mL = 100 g

ΔT = 2.66 °C

Ovvero 2.66 K trattandosi di una differenza tra temperature assolute.

Utilizzando la formula Q = m c ΔT

Dove Q è il calore espresso in Joule, c è il calore specifico espresso in J/gK e m è la massa espressa in grammi si ha:

Q = 100 g ∙ 4.18 J/gK ∙ 2.66 K = 1111.88 J = 1.1 kJ

Il testo dell’esercizio richiede di calcolare la variazione di entalpia in kJ/mol della reazione, quindi bisogna calcolare le moli.

Moli di HCl = 0.050 L ∙ 0.41 M = 0.0205 mol
Moli di NaOH = 0.050 L ∙ 0.57 M = 0.0285 mol

Ciò implica che dalla reazione di 0.0205 moli di HCl con 0.0285 moli di NaOH si sviluppano 1.1 kJ.
Le moli totali saranno 0.049 moli.

Quindi ΔH = Q/n = 1.1 kJ/0.049 mol = 22.69 kJ/mol.

Non so se ho fatto giusto perché sono fuori forma.

[giovanni0111]

Grazie per la risposta però l'esercizio riporta come soluzione -54.1 kJ. Perdonami ma con capacità termica specifica intende il calore specifico? Io credevo fosse la capacità termica della soluzione

[LuiCap]

La reazione che avviene è:

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l)

n HCl = 0,41 mol/L · 0,050 L = 0,0205 mol
n NaOH = 0,57 mol/L · 0,050 L = 0,0285 mol

Le moli di NaOH sono in eccesso, quindi si ottengono solo 0,0205 mol di NaCl e di H2O.

Q = 100 mL · 1 g/mL · 4,18 J/g·°C · 2,66°C = 1,11·10^3 J = 1,11 kJ

Poiché le soluzioni sono diluite, si assume che sia la densità (1 g/mL) che il calore specifico (4,18 J/g °C) siano uguali a quelli dell'acqua.

Per ogni mole di HCl il calore molare di reazione è:

ΔH = Q/n HCl = 1,11 kJ / 0,0205 mol = 54,2 kJ/mol
In termodinamica questa grandezza prende il nome di entalpia e, per convenzione, quando viene liberata assume valore negativo: ΔH = - 54,2 kJ/mole.
Ciò significa che per ogni mol di HCl che reagisce si libera una quantità di energia pari a 54,2 kJ, che corrisponde quindi al calore molare di reazione. In altre parole, i prodotti (1 mol di NaCl e 1 mol di H2O) contengono 54,2 kJ di energia chimica in meno dei reagenti (1 mol di HCl e 1 mol di NaOH).
È una reazione esoenergetica, cioè che avviene con cessione di energia dal sistema all'ambiente (eso, dal greco ἔξω "fuori").

[Geber]

Eh infatti avevo il dubbio del calcolo con le moli di HCl perché erano in difetti rispetto alle moli di NaOH.
Sapevo andava fatto nel modo postato da LuiCap... Cazzarola.
Infatti avevo scritto giusto prima ma poi non so perché ho scritto quella ciofeca...

[giovanni0111]

Grazie mille professoressa, non avevo considerato il verificare quale tra i due reagenti fosse quello limitante. Le devo fare una domanda un pò stupida, mi scuso in anticipo, ma vorrei sapere se una reazione tra un acido e una base (come quella sopra indicata) libera calore? Perchè l'esercizio proponeva 5 possibili soluzioni e tra queste c'era anche 54.1 kJ.

[Geber]

Quella di cui parli è l'entalpia di neutralizzazione (∆H_n) ovvero il calore liberato quando un equivalente di un acido e di una base reagiscono formando un sale più acqua. È un caso speciale di entalpia di reazione, e se la reazione viene condotta in condizioni standard, ci si riferisce ad essa come entalpia standard di neutralizzazione (ΔH_n^⊖).
Nel tuo caso HCl(aq) + NaOH(aq) → NaCl(aq) + H₂O(l) + Q.
Q nella reazione di cui sopra è -∆H ed è espresso in kJ/mol di acqua. Le reazioni di neutralizzazione sono generalmente esotermiche e quindi il ∆H è negativo.

[LuiCap]

Tutte le reazioni fra un acido e una base liberano calore, perché si forma sempre H2O.

acido forte + base forte:
H+ + OH- H2O
L'entalpia di neutralizzazione molare di questa reazione è sempre la stessa qualsiasi siano gli acidi forti e le basi forti.

acido debole + base forte
HA + OH- H2O

base debole + acido forte
A- + H+ HA

Se l'acido e/o la base sono deboli, nel bilancio entalpico della neutralizzazione intervengono anche le entalpie di dissociazione dei costituenti deboli.
A parità di concentrazione le entalpie di neutralizzazione di un acido e/o di una base debole sono minori rispetto a quella di un acido forte.

[giovanni0111]

Tutto chiaro, vi ringrazio per avermi spiegato chiaramente i concetti.