Thermodynamique : Calculer le Q de neutralisation (Aidez moi svp)

[Yiromun]

Bonjour à tous,
j'espère que vous allez bien. J'ai une question importante auxquels même les tuteurs non pas su répondre.
A ça sert la masse volumique et surtout la concentration molaire de NH4CL formé qui se trouve dans l'énoncé. Alors qu'on peut directement calculer la masse de HCL et celle de NH4OH à partir de leur concentration molaire (1,50 mol/L) et leur volume (50 mL).

Donc je fais,
n(HCl) = n(NH4OH) = 1,50 mol/L x 0,05 L = 0,075 mol

Et donc on peut déterminer la masse grâce à leur masse molaire.
M(HCl) =36,46 g/mol -> m (HCl) = 2,73 g
M (NH4OH) = 35,04 g/mol -> m(NH4OH) = 2,63 g

m(HCl + NH4Cl) = 5,36 g

Et donc je fais la somme des deux pour pouvoir calculer le Q de neutralisation.
C'est un TP, donc je pourrais avoir les températures à partir d'un thermomètre et le qcal que j'aurais calculer avant.

Donc, voilà je serais vraiment reconnaissante envers ceux qui peuvent répondre à ma question. A quoi sert la concentration molaire de NH4Cl formé et la masse volumique ?
Je vous laisse ici le mode opératoire ainsi que l'interprétation pour que vous voyez mieux.
Merci !
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II. Mesure de la chaleur de neutralisation de HCl par NH4OH II.
1. Mode opératoire
• Placer exactement 50,0 ml de HCl à 1,50 mol/l dans le calorimètre A et 50,0 ml de NH4OH à 1,50 mol/l dans le calorimètre B. Ces volumes seront prélevés dans les burettes communes. Replacer les couvercles munis des thermomètres.
• Effectuer le relevé de la température dans les deux récipients à intervalles d’une minute durant 7 minutes au minimum. Reporter simultanément sur papier millimétré les températures lues en fonction du temps.
• Après ce laps de temps et entre deux lectures, transvaser quantitativement la solution de NH4OH à 1,50 mol/l dans le calorimètre A. Remettre le couvercle tout en mélangeant. Continuer le relevé des températures durant une période de minimum 10 minutes, jusqu’à atteindre une diminution linéaire de la température du mélange.

II. 2. Interprétation
Le graphique donnant l’évolution de la température en fonction du temps permet d’obtenir le ΔT correspondant à la réaction de
« neutralisation ».
Sachant que la masse volumique d’une solution de NH4Cl à 0,75 mol/l vaut 1,00 et que la chaleur spécifique de cette solution est de 3,97 J/g.K calculer la chaleur dégagée par la réaction :
QNeutralisation = − (3,97 * (mHCl+mNH4OH) * ΔT + qcal * ΔT)

Exprimer la variation d’enthalpie en joules par mole de NH4Cl formé.
Discuter du signe de cette valeur.
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[gts2]

Sachant que la masse volumique d’une solution de NH4Cl à 0,75 mol/l vaut 1,00 et que la chaleur spécifique de cette solution est de 3,97 J/g.K calculer la chaleur dégagée par la réaction : QNeutralisation = − (3,97 * (mHCl+mNH4OH) * ΔT + qcal * ΔT)

Votre relation est inexacte : la variation de la température ΔT s'applique à tout le calorimètre, donc en particulier au volume de la solution 100 mL, or la capacité de 3,97 J/g.K est donné en g, il faut donc bien la donnée de la masse volumique pour obtenir la capacité de la solution.

Tant qu'à "la masse volumique d’une solution de NH4Cl à 0,75 mol/l vaut 1,00..." (je suppose kg/L) on vous donne la masse volumique de la solution "utile". Le 0,75 ne sert à rien en soi, cela sert juste à indiquer que cela concerne bien la "bonne" solution.

[Yiromun]

Et comment dois-je procéder svp ? Je vous avoue que je suis perdue

[Yiromun]

Mais, durant le TP je devrais calculer la capacité thermique du calorimètre à partir de l'eau chaude et froide. -> qcal = - (Q1 + Q2) / ΔT2 = - (m1 * 4,18 * ΔT1 +m2 * 4,18 * ΔT2) / ΔT2
Donc, normalement je ne devrais pas reprendre ce qcal et l'introduire dans la formule pour avoir Qneutralisation ? Et donc je n'aurais pas besoin de la masse volumique non ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Yiromun]

Donc, le calcul pour trouver la masse est faux ? Comment dois-je faire alors pour calculer la masse svp ?

[gts2]

qcal = - (Q1 + Q2) / ΔT2 = - (m1 * 4,18 * ΔT1 +m2 * 4,18 * ΔT2) / ΔT2
Donc, normalement je ne devrais pas reprendre ce qcal et l'introduire dans la formule pour avoir Qneutralisation ? Et donc je n'aurais pas besoin de la masse volumique non ?

Mais je n'ai jamais dit cela : "s'applique à tout le calorimètre, donc en particulier au volume", il faudra bien en effet ajouter la capacité du calorimètre.
Remarque sans importance : il est quand même bizarre d'appeler q une capacité thermique : cela donne des formules du type q=qcal*ΔT. Mais bon c'est juste un pb de notation.

Et donc je n'aurais pas besoin de la masse volumique non ?

On vous donne une capacité massique 3,97 J/g.K, vous avez un volume de 100 mL, pour obtenir la masse vous avez bien besoin de la masse volumique (je reconnais que la conversion est simple ! mais elle existe).

[gts2]

Donc, le calcul pour trouver la masse est faux ? Comment dois-je faire alors pour calculer la masse svp ?

Votre calcul n'est pas faux, il est inutile.

Ce que vous chauffez c'est les 100 mL de solution de masse volumique 1g/mL, donc la masse est ...

[Yiromun]

Merci beaucoup pour vos explications :

Donc, si j’ai bien compris :
ρ = 1 g/mL
Vtot = 100 mL
C = 3,97 J/g.K

Pour calculer la masse totale = ρ x Vtot = 1 x 100 = 100 g
Donc, pour avoir la capacité calorifique : qcal = 3,97 x 100 = 397 J/K
Et pour la masse (mHCl + mNH4OH) Cela vaut 100 g, c'est bien cela ?

[gts2]

Pour calculer la masse totale = ρ x Vtot = 1 x 100 = 100 g
Donc, pour avoir la capacité calorifique : qcal = 3,97 x 100 = 397 J/K

Oui c'est bien cela sauf que ce n'est pas qcal mais qsol et la capacité totale (calorimètre+solution) est q=qsol+qcal (toujours avec votre notation bizarre)

Et pour la masse (mHCl + mNH4OH) Cela vaut 100 g, c'est bien cela ?

Non, j'avais dit "Votre calcul n'est pas faux, il est inutile." : m(HCl + NH4OH) = 5,36 g est exact mais ne sert à rien.

[Yiromun]

Je ne suis pas celle qui écrit ces notations bizarres. Je les ai prises telles qu'elles sont dans le syllabus.

Mais alors, il n'est pas inutile cette masse puisque je devrais l'introduire dans la formule pour avoir Q de neutralisation.

QNeutralisation = − (3,97 * (mHCl+mNH4OH) * ΔT + qcal * ΔT) -> (Cette formule est un copier/coller du syllabus, je tiens à le préciser.)

Donc, au lieu de mettre qcal, je dois ajouter qsol -> q = qcal + qsol
QNeutralisation = − (3,97 * (5,36g) * ΔT + (397 J/K + qcal) * ΔT)

[gts2]

QNeutralisation = − (3,97 * (mHCl+mNH4OH) * ΔT + qcal * ΔT) -> (Cette formule est un copier/coller du syllabus, je tiens à le préciser.)

Cette formule est au minimum malheureuse (les notations sont vraiment problématiques) :
(mHCl+mNH4OH) n'est pas la masse de HCl et de NH4OH, mais la masse de la solution de HCl et de la solution de NH4OH.
Donc avec ces notations (mHCl+mNH4OH)=100 g.

Désolé si j'ai mis autant de temps à comprendre la notation.
Dernière remarque au niveau des notations : j'évite le mélange littéral/numérique (aucun contrôle possible type homogénéité).

QNeutralisation = − (qsol + qcal) * ΔT= − (3,97 * 100 + qcal) * ΔT

[Yiromun]

Oui voila ! En tout cas merci beaucoup pour vos explications. Passez une agréable fin de journée !