ENTALPIA DE FORMAÇÃO DO NH4Cl(s)

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- Etapa 2: Determinação do calor envolvido na dissolução e dissociação de NH4Cl(s).

Aqueceu-se novamente 200mL de água até uma temperatura inicial (Ti) de 59,8º C, esta foi colocada no calorímetro e, então adicionou-se 5,394g de NH4Cl(s). Manteve-se agitação suave até a completa dissolução do sal. Anotou-se novamente a temperatura (Tf), que foi de 57,3º C. Após isto, foi descartada a solução e o calorímetro foi lavado.

- Etapa 3: Determinação do calor envolvido na reação entre NH4OH e HCl.

Foram adicionadas ao calorímetro 100,0mL da solução de NH4OH(aq) e foi anotada a temperatura de equilíbrio térmico (Ti), que foi de 21,7º C. Em seguida foram adicionadas 100mL da solução de HCl(aq) e foi anotada novamente a temperatura (Tf), 31,2º C.

Resultados e discussões

- Etapa 1:

Dados: T1=20,1º C; T2=62,8º C; T3=37,7º C; mágua=100g; cágua= 1 cal.g-1. º C-1.

Para calcular Ccal, usou-se a seguinte equação:

[mágua.cágua.(T3-T1)] + [Ccal.(T3-T1)] + [mágua.cágua.(T3-T2)] = 0 (2)

[(100g).(1cal.g-1.º C-1).(37,7º C - 20,1º C)] + [Ccal.(37,7º C - 20,1º C)] + [(100g).(37,7º C - 62,8º C)] = 0

Ccal=42,6 cal.º C-1

- Etapa 2:

Dados: mágua=200g; c água= 1 cal.g-1. º C-1; Ti=59,8º C; Tf =57,3º C; mNH4Cl=5,394g; nNH4Cl=0,101mol; MMNH4Cl=53,4915g.mol-1; Ccal=42,6 cal.º C-1.

Para determinar o calor da reação (Qr), foi usada a seguinte equação:

mágua.c.(Tf –Ti) + Ccal.(Tf –Ti) + Qr = 0 (3)

(200g).(1cal.g-1.º C-1).(57,3º C - 59,8º C) + (42,6cal.º C-1).(57,3º C - 59,8º C) + Qr = 0

Qr=606,5 cal para 0,1008 mol de NH4Cl

Para determinar o calor da reação para 1 mol de cloreto de amônio, fazem-se as relações a seguir:

nNH4Cl=5,394/53,4915=0,1008 mol

0,1008 mol – 606,5 cal

1 mol – Qr

Qr = 6016,9 cal.mol-1

Passando-se o valor obtido pra joule:

1 cal – 4,18 J [5]

6016,9 cal - Qr

Qr = 25150,6 J

Qr=ΔfH=25,1506 kJ.mol-1

O calor de formação encontrado é para a formação de cloreto de amônio sólido a partir de seus íons. Entretanto, a reação feita foi a inversa. Por isso o valor da entalpia de dissolução de NH4Cl(s) é o calor encontrado, com o sinal invertido. Portanto:

NH4+(aq) + Cl-(aq) → NH4Cl(s) + H2O(l) ΔfH= - 25,1506 kJ.mol-1

- Etapa 3:

As concentrações reais dos reagentes estavam descritas em seus frascos e, seus valores são de:

CHCl=1,5323 mol.L-1; CNH4OH=1,6301 mol.L-1;

Como a estequiometria da reação é de 1:1, foi calculado o volume necessário de cada solução para que o experimento fosse realizado com a estequiometria correta.

NH4OH(aq) + H3O+(aq) + Cl-(aq) → NH4+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l)

C=n.V-1 [6] (4)

Utilizando a eq. 4 foi feito o cálculo da quantidade de matéria contida em 100,0mL de HCl, na solução de concentração CHCl=1,5323 mol.L-1.

nHCl=CHCl.V

nHCl=(1,5323 mol.L-1).(0,100L)

nHCl=0,15323 mol de HCl

Como a estequiometria é 1:1, tem-se a necessidade de que a quantidade de matéria de NH4OH seja igual à de HCl. Portanto, nHCl=nNH4OH. Calculou-se então o volume de hidróxido de amônio necessário usando novamente a eq. 4.

VNH4OH=nNH4OH.CNH4OH-1

VNH4OH=(0,15323 mol).(1,6301 mol.L-1)-1

VNH4OH=94mL de NH4OH

Para determinar a massa da mistura, foi feita uma consideração de que as densidades das soluções são iguais a 1000 kg.m-3, portanto a aproximação de que 1g - 1mL é válida. Com isso, pode-se dizer que a mHCl=100g e mNH4OH=94g. Concluindo que mmistura=mHCl +mNH4OH=100g + 94g=194g.

Para determinar o calor envolvido na reação entre NH4OH e HCl, usou-se a eq. 3 novamente. Tendo Ti=21,7º C; Tf=31,2º C; cágua=1 cal.g-1. º C-1; Ccal=42,6 cal.º C-1.

mmistura.cH2O.(Tf –Ti) + Ccal.(Tf –Ti) + Qr = 0

(194g).(1cal.g-1.ºC-1).(31,2ºC-21,7ºC) + (42,6cal.ºC-1).(31,2º C–21,7ºC) + Qr = 0

Qr= - 2247,7 cal para 0,15323 mol

Calculando o valor para 1 mol:

-2247,7 – 0,15323 mol

Qr – 1 mol

Qr = - 14669,0 cal.mol-1

Convertendo-se o valor encontrado para Joule:

1 cal – 4,18 J

- 14669,0 cal – Qr

Qr=ΔfH= - 61,316 kJ.mol-1

A partir dos dados obtidos experimentalmente e dos previamente ofertados pode-se obter, por meio da Lei de Hess, a entalpia de formação (∆fH) do NH4Cl(s).

∆H/kJ mol-1

3/2 H2(g)+ ½ N2(g) → NH3(g) - 46,11

½ H2(g) + ½ Cl2(g) → HCl(g) - 92,31

HCl(g) + H2O(l) → H3O+(aq) + Cl-(aq) - 74,90

NH3(g) + H2O(l) → NH4OH(aq) - 30,50

NH4+(aq) + Cl-(aq) → NH4Cl(s) + H2O(l)