Calorimétrie

[Tswlouisa]

Bonjour,

Je dois préparer un TP sur la calorimétrie mais la thermodynamique est vraiment la partie du programme que je comprends le moins.
J'ai donc besoin de votre aide !

J'ai 3 exercices à faire, voici le premier :

Soit un certain volume connu d'un monoacide placé dans un calorimètre. Une addition progressive de soude a provoquer un dégagement de chaleur, c'est-à-dire une élévation de la température du fluide jusqu'au point d'équivalence.

Tant que la réaction acide-base a lieu, démontrez grâce à l'équation calorimétrique que la quantité de chaleur Q reçue par le fluide et le calorimètre est proportionnelle au volume V de base ajoutée.


Je sais que l'équation est Q(réaction) + Q(fluide) + Q(calorimètre) = 0

Q(calo) = m*cp(eau) * (delta T)

Mais ensuite je ne sais pas quoi faire ?

Merci à vous
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[moco]

La quantité de chaleur dégagée par la réaction est proportionnelle au nombre de moles de soude qui ont réagi, donc au nombre de moles de NaOH que tu as rajouté, donc au volume de la solution de NaOH que tu as rajouté.
Pour la suite, cela dépend des données dont tu disposes concernant le calorimètre. D'habitude on connaît sa "valeur en eau". Mais peut-être que toi, tu connais sa masse et sa capacité calorifique.
Imagine que tu as pris 50 mL de HCl 1 M à 22°C, et que tu y as ajouté 50 mL de NaOH 1 M à 22°C. Au point d'équivalence la température du volume total donc de 100 mL s'est élevée à, disons, 40°C. Imagine que ton calorimètre a une valeur en eau de 12 g.
La chaleur absorbé par le fluide et par le calorimètre vaut : Q(fluide) + Q(calorimètre) = (0.100 kg + 0.012 kg) 4.185 kJ/kg · (40 - 22) = 0.112·4.185·18 = 8.437 kJ.
La chaleur molaire dégagée par 0,05 mole de chaque réactif est de 8.437/0.05 = 168 kJ/mole
Bien sûr ces chiffres sont fantaisistes. Mais la démarche est correcte.

[Tswlouisa]

Merci beaucoup !

Mais justement pour cet exercice, je n'ai aucune donnée en dehors de l'équation calorimétrique.
C'est une question théorique, c'est pour ça que je ne sais pas comment procéder ?

[moco]

Tu remplaces mes valeurs numériques par des lettres, du genre m pour la masse, n pour les moles, T pour la température, etc. Et c'est bon.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Tswlouisa]

Ok, mais il faut montrer que c'est proportionnel à V

Du coup, ça ferait Q(fluide) + Q(calo) = - Q(réaction) = - m * cp* DT = -p*V * cp * DT

avec p = masse volumique de la soude
V = volume de soude ajouté
cp = capacité calorifique de la soude

mais du coup, l'acide serait considéré comme "fluide" ou bien il fit parti de Q(réaction) ???

[jeanne08]

Le fluide contenu dans le calorimètre est essentiellement de l'eau ( avec un peu d'acide , des Cl- et des Na+) et on néglige ce qu'il y a dans l'eau. Je vais raisonner avec des quantités de chaleur en valeur absolue . La réaction de H+ sur OH- dégage de la chaleur et le fluide et le calorimètre s'échauffent : Q reçue par le fluide+Q reçue par le calorimètre = Q dégagée par la réaction chimique
La quantité de chaleur dégagée par la réaction est proportionnelle à l'avancement de la réaction ( plus il y a de réactif plus la chaleur dégagée est importante ). Si on met au départ CaVa mol de H+ et que l'on ajoute CbVb mol de OH- avec Vb partant de 0 et allant jusqu'à l'équivalence ( CbVb equivalent = CaVa) alors l'avancement de la réaction est x = CbVb donc la quantité de chaleur dégagée est proportionnelle à CbVb
remarque : lorsque Vb est supérieur au volume Vb équivalent l'avancement de la réaction ne bouge plus ... il reste égale à CaVa quel que soit Vb

[Tswlouisa]

Merci beaucoup, j'ai compris !

Mais comment montrer cela avec l'équation calorimétrique ?

[jeanne08]

L'équation calorimetrique , seule, ne permet pas de montrer que la quantité de chaleur prises par fluide + calorimètre pour l' échauffement est proportionnelle à V.

[Tswlouisa]

Ok, donc pour répondre à mon exo, je note que Q(fluide) + Q(calo) = - Q(réac) = n*cp*DT

et j'explique que n dépend de V avec ce que tu m'as dit ?

[jeanne08]

Non ... il y a quelquechose que tu n'as pas compris
- la quantité de chaleur absorbée par m kg d'eau dont la température augmente de DT est m * cp * DT avec cp , capacité calorifique massique en J/kg/K . le produit m*cp est la capacité calorifique de la masse d'eau ( masse supposée constante au cours de l'échauffement )
- la quantité de chaleur absorbée par un corps de capacité calorifique Cp ( en J/K) dont la température augmente de DT est Cp * DT
Ces deux exemples correspondent à la quantité de chaleur absorbée par un corps dont la température augmente de DT . la quantité de chaleur est proportionnelle à DT


Tout autre est la quantité de chaleur dégagée par la réaction. Elle ne s'exprime pas du tout par le même genre de formule. La chaleur dégagée par une réaction chimique est x * Qr avec x = avancement ( en mol) et Qr la quantité de chaleur dégagée lorsque l'avancement est 1 mol. Dans ce cas la quantité de chaleur est proportionnelle à l'avancement .

[Tswlouisa]

Donc en fait, Q(calo)+Q(fluide) = x Q(réac)

c'est bien ça ?

et comme x = CbVb, Q est proportionnel à Vb

[Tswlouisa]

Donc en fait, Q(calo)+Q(fluide) = x Q(réac)

c'est bien ça ?

et comme x = CbVb, Q est proportionnel à Vb

Du coup, c'était bon finalement ?

Demain je vous montrerais ce que j'ai fait pour les deux autres exos !