HCl(aq) + NaOH(aq) –> NaCl(aq) + H2O(l) + Energia
A termoquímica determina o calor trocado a pressão constante,
q = m c ∆T.
Cálculo do reativo limitante, a mudança de entalpia da reação, ∆Hrxn, pode ser determinada desde que a reação foi conduzida sob condições de pressão constante
∆Hrxn = qrxn / # moles de reativo limitante
Esta reação é classificada como uma reação exotérmica.
Esta demonstração é normalmente realizada quando tópicos em termoquímica ou termodinâmica estão sendo discutidos. A reação de HCl(aq), um ácido forte, com NaOH(aq), uma base forte, é uma reação exotérmica. A grande idéia para a maioria das demonstrações temáticas de calorimetria é que a energia é conservada. A energia não pode ser criada ou destruída, mas pode ser trocada.
qlost+ qgain = 0 ou qreleased + qgain = 0
Esta demonstração também ilustra como a formação de água (uma das forças motrizes) pode agir para conduzir uma reação à espontaneidade. Esta é uma reacção de neutralização com o ião hidróxido actuando como base e o ião hidrónio actuando como ácido.
Fazer esta demonstração interactiva – aprendizagem activa
O instrutor deve “enquadrar” a demonstração e orientar a discussão. Após os alunos observarem as condições iniciais das soluções e observarem os resultados da demonstração, é importante que os alunos possam discutir o que ganha calor e o que perde calor neste processo químico antes que os instrutores digam aos alunos as respostas. Deve ser pedido aos alunos para identificarem o que ganha calor e o que perde calor – use uma série de Perguntas Clicker. Pergunte “O que ganha calor?”. “Quanta energia, como calor, é liberada ou ganha pela solução?” “Quanta energia, como calor, é liberada ou ganha com a reação?” “Quais são as espécies primárias presentes em cada solução antes da reação?” “Quais são as espécies presentes na solução após a reacção?” “Como é manifestado o calor – o que é que as moléculas de água estão a fazer de forma diferente enquanto a reacção ocorre?”
Dificuldades dos alunos com conceitos de termoquímica
Os alunos têm dificuldade em distinguir os termos temperatura e calor. Os alunos têm dificuldade com a idéia de que o material a granel que eles podem ver NÃO é a reação química. Uma reação química não tem massa, não tem calor específico e não muda de temperatura. Uma reacção química consiste na quebra e formação de ligações e esta é uma forma de energia potencial. Nesta demonstração, a reação química libera calor para o ambiente imediato. A água e os produtos químicos dissolvidos ganham calor – o calor é transferido para a solução, que é na sua maioria água. ganho de calor. Quando o calor é transferido para o ambiente, a solução, a partir da reacção química, a solução aumenta de temperatura. As moléculas de água formadas pela reacção têm uma energia cinética mais elevada em comparação com as moléculas de água originais da solução. As moléculas de água recém-formadas colidem com as moléculas de água originais fazendo com que algumas das moléculas de água originais se movam mais rapidamente, há um aumento líquido na energia cinética das moléculas de água.
Energia cinética = (1/2 mv2)média = (3/2) kT T é a temperatura e k é a constante de Boltzmann
Os alunos têm dificuldade em compreender que através da vibração e movimento dos átomos e ou moléculas o calor é trocado e esta é uma forma de energia cinética.
>
Existe uma animação por computador disponível que representa o movimento rápido de moléculas de água recém-formadas como resultado de uma reacção ácido-base para acompanhar esta demonstração.
>
Existe uma simulação por computador de calorimetria disponível para acompanhar esta demonstração.
Existe uma actividade semelhante a POGIL na classe para acompanhar esta demonstração.
Existe um conjunto de slides interactivos de Power Point para acompanhar esta demonstração.
Exibindo a demonstração da calorimetria de neutralização ácido-base, a animação por computador ao nível das partículas, e as equações químicas ajudam os alunos a ligar os níveis macroscópico, microscópico (partícula), e simbólico de representação – o Triângulo de Alex Johnstone – o que leva a uma compreensão mais profunda dos conceitos associados à termoquímica.
Calorimetria Simulação de Computador
https://media.pearsoncmg.com/bc/bc_0media_chem/chem_sim/calorimetry/Calor.php
©2016 Greenbowe, Abraham, Gelder Chemistry Education Recursos Instrucionais. University of Oregon, Oklahoma State University, University of Oklahoma, Pearson
Objetivos de aprendizado
Após observar a demonstração e fazer as atividades em sala de aula, os alunos devem ser capazes de
1. Identificar o sistema e o ambiente para um dado experimento de calorimetria.
2. Identificar o que está liberando calor e o que está ganhando calor para um dado experimento de calorimetria.
3. Calcular o calor ganho ou liberado por uma solução, qsolução, envolvido em um dado experimento de calorimetria: massa total da solução, calor específico da solução, mudança na temperatura da solução: q = m c ∆T
4. Aplicar a lei de conservação de energia a experimentos calorimétricos, qreação + qsolução= 0
5. Se o experimento de calorimetria for realizado sob condições de pressão constante, calcular ∆H para a reação.
6. Dadas as medições de temperatura inicial e final de uma solução ou o sinal do ∆Hrxn, identificar se uma reação é endotérmica ou exotérmica.
7. Dada a mudança de entalpia para uma reação, as quantidades de reagentes, e uma equação química equilibrada, calcular o calor trocado para uma reação.