Capacité massique spécifique

[invitea6836bac]

Bonjour,
Merci de me donner les valeurs de la chaleur spécifique de l'acétone en état liquide et vapeur.
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[gts2]

Bonjour,

Dans un moteur de recherche "Capacité thermique acétone"

Deuxième réponse wikipedia

[invitea6836bac]

Merci. En fait le problème est le suivant :
Un calorimètre de 85 J/°C de capacité calorifique contient 300 g d'acétone à 6 °C.
On ajoute 500 g d'eau à 85 °C. Déterminer la température finale.

[gts2]

Bonjour,

Là ça se complique ! Vous êtes sûr du sujet ?
Parce la température de l'eau (85°C) est supérieure à la température d'ébullition (56°C) de l'acétone, il y en a une partie qui va se vaporiser, quitter le calorimètre ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitea6836bac]

Oui en fait c'est ce qui me bloque. c'est pour cela que j'ai besoin du Cp acétone gaz (Vapeur).

[gts2]

Même avec cette donnée (que vous trouvez sur wikipedia), vous allez avoir du mal, de la vapeur, en quantité inconnue, va sortir de votre calorimètre !

[invitea6836bac]

je pense qu'à partir de 56°C toute la quantité de l'acétone subit l'ébullition donc de même masse que le liquide. une aide de votre part me félicitera surement la tâche.

[gts2]

En fait je ne sais pas résoudre cet exercice, tout simplement parce qu'il est difficile de déterminer la quantité évaporée, sauf à faire des hypothèses très fortes et irréalistes de type température de l'acétone uniforme, et là on aurait besoin non pas de la capacité thermique de l'acétone vapeur, mais de l'enthalpie de vaporisation.

[invitea6836bac]

je pense qu'ici on utilise les deux;
MERCI

[gts2]

Vu la taille d'un calorimètre, quasi toute l'acétone vapeur sort du calorimètre et donc la capacité thermique de l'acétone vapeur ne joue aucun rôle (approximativement, mais quand on connait la précision des mesures calorimétriques, ce n'est pas grave)

[gts2]

J'aimerai bien, quand vous l'aurez, avoir le corrigé de cet exo qui me parait ... problématique.

[Black Jack 2]

Bonjour,

Sauf erreur de ma part :

Acetone :

Masse molaire : 58,08 g/mol

Température d'ébullition = 56,05 °C (à pression atmosphérique normale)

Capacité thermique
liquide : 125,5 J/(mol.K)
gaz : 75 J/(mol.K)

Chaleur latente de vaporisation : 31,3 kJ/mol
*************

La quantité de chaleur cédée par l'eau qui passerait de 80°C à 56°C est supérieure à celle nécessaire pour amener le calorimètre et l'acétone à 56°C (en restant liquide).

Mais

La quantité de chaleur dans l'eau qui passerait de 80°C à 56°C est inférieure à celle nécessaire pour amener le calorimètre et l'acétone à 56°C et vaporiser l'entièreté de l'acétone (chaleur latente de vaporisation).

Donc la température finale va être 56°C , l'eau sera à 56°C, une partie de l'acétone sera encore liquide et à 56°C et une partie de l'acétone sera gazeuse (et à 56°C aussi).

Mais comme on ne demande que la température finale ... c'est 56°C

Vérifie.

[gts2]

Oui avec ce que j'ai appelé des hypothèses très fortes et irréalistes :

- l'acétone et l'eau sont miscibles en toute proportion
- la température d'ébullition d'un mélange acétone-eau n'est pas 56°C

[invitea6836bac]

De ma part j'ai trouvé 3,2°C
Q1 = C(Tf-6)+mCc(56-6)+mL+mCp(Tf-56)
Q2 = MCe(Tf-85)
Q1 + Q2 = 0
Tf = 3,2°C
L: enthalpie de vaporisation (chaleur latente)
m: masse de l'acétone
M: masse d'eau
Cp : capacité massique acétone gaz
Ce:-II- eau
Cc : -II- acétone liquide
C : calorimètre
C'est trop bas mais je pense que c'est raisonnable parce que l'enthalpie vapeur de l'acétone très grande qui diminue la température.
????

[Black Jack 2]

Oui avec ce que j'ai appelé des hypothèses très fortes et irréalistes :

- l'acétone et l'eau sont miscibles en toute proportion
- la température d'ébullition d'un mélange acétone-eau n'est pas 56°C

Bonjour,

La chimie et moi ... cela fait deux et donc méfiance sur mes dires.

Je pense cependant que parler de la température d'ébullition d'un mélange acétone-eau n'est pas adéquat.

L'acétone passe à l'état gazeux avant l'eau et cela aux environs de 56°C.

Sur ce site : http://physik.diekirch.org/5e/cours_...ique_Chap1.pdf

page 29, on voit un diagramme d'échauffement d'un mélange eau-acétone

Et on voit clairement les 2 paliers à température constante, l'un qui correspond au changement d'état de l'acétone à 56°C et puis un autre à 100°C qui correspond au changement d'état de l'eau.

Le diagramme est le suivant :

[invitea6836bac]

Je pense que vous n'avez pas pris en compte les masse et la capacité du calorimètre.

[gts2]

Je pense cependant que parler de la température d'ébullition d'un mélange acétone-eau n'est pas adéquat... on voit un diagramme d'échauffement d'un mélange eau-acétone ... les 2 paliers à température constante, l'un qui correspond au changement d'état de l'acétone à 56°C et puis un autre à 100°C qui correspond au changement d'état de l'eau.

Attention : le diagramme représente la température en tête de colonne, pas dans le bouilleur, donc par distillation au début, en tête de colonne, on a de l'acétone quasi pur donc 56°C, cela ne veut pas dire que la température du bain est à 56°C.

[gts2]

Q1 = C(Tf-6)+mCc(56-6)+mL+mCp(Tf-56)

Il faut bien chauffer tout le liquide donc OK pour mCc(56-6), mais seulement une partie est vaporisée, donc m_vL et non mL, avec m_v la masse d'azote passée à l'état gazeux.
Je suppose que pour l'eau, il faut lire mCp(Tf-85)

Avec deux cas, soit Tf=56 et l'inconnue est mv (il faut vérifier m>mv>0), soit mv=m (il faut vérifier Tf>=56)

[Black Jack 2]

De ma part j'ai trouvé 3,2°C
Q1 = C(Tf-6)+mCc(56-6)+mL+mCp(Tf-56)
Q2 = MCe(Tf-85)
Q1 + Q2 = 0
Tf = 3,2°C
L: enthalpie de vaporisation (chaleur latente)
m: masse de l'acétone
M: masse d'eau
Cp : capacité massique acétone gaz
Ce:-II- eau
Cc : -II- acétone liquide
C : calorimètre
C'est trop bas mais je pense que c'est raisonnable parce que l'enthalpie vapeur de l'acétone très grande qui diminue la température.
????

Comme tu mélanges des "produits" qui sont tous à une température supérieure à 3,2°C dans un calorimètre qui est au départ à une température supérieure à 3,2 °C ... il est impossible que la température finale soit 3,2 °C

La température finale est forcément comprise entre 6°C (température initiale de l'acétone et du calorimètre) et 85 °C (température initiale de l'eau).

Il y a peut-être la difficulté évoquée par gt2 qui peut compliquer la résolution... mais de toutes manières la réponse (température finale) ne peut pas être comprises en dehors de ]6 ; 85[ °C.

[invitea6836bac]

Je pense que c'est mL car à partir de 56 'C l' acetone subit l'évaporation total. Mais il restera en 56'C jusqu'à ce que la totalité s'évapore. Et après l'évaporation la gaz subit mCp (Tf-56)

[RomVi]

Bonjour

Il est tout a fait possible de répondre à cette question, mais pas avec les méthodes évoquées plus haut.
Pour commencer il faut raisonner sur les enthalpies de chaque flux, soit avec une table, un serveur de propriétés, ou en multipliant la température par le Cp et la masse.
Il faut aussi ajouter l'enthalpie de mélange (utiliser une table) qui va avoir une influence non négligeable.

On obtient une enthalpie totale pour un mélange eau-acétone, on soustrait l'enthalpie nécessaire pour réchauffer le calorimètre. On se rend compte que cette enthalpie dépasse celle du mélange à température de bulle.
On divise alors cette différence par l'enthalpie de vaporisation du mélange à l'équilibre avec le liquide, ce qui permet de calculer la fraction vaporisé.

En toute rigueur il faudrait poser ce problème et le résoudre par itération, car la composition de la vapeur dépend de celle du liquide, qui varie en fonction de la fraction vaporisé, mais en considérant que l'équilibre s'effectue à partir de la composition initiale on ne sera pas très loin de la vérité.

[invitea6836bac]

La correction se sera dans deux jour. J'afficherai ici le résultat.

[gts2]

Je pense que c'est mL car à partir de 56 'C l' acetone subit l'évaporation totale.

Si on suppose que tout s'évapore, oui, ce qui n'est pas forcément le cas.

Et après l'évaporation la gaz subit mCp (Tf-56)

Non, parce que la vapeur quitte le calorimètre et n'est plus en contact avec l'eau.

[invitea6836bac]

Même si c'est isolé ?

[gts2]

Vous voulez dire que votre calorimètre est fermé ?
Dans ce cas la pression va monter et la température d'ébullition changer, çà se complique.

[invitea6836bac]

Ah bon. Je crois que vous dite vrai

[RomVi]

La correction se sera dans deux jour. J'afficherai ici le résultat.

Ce serait très étonnant que la correction soit rigoureuse ; à mon avis plusieurs phénomènes ne seront pas pris en compte.