Aurelie novembre 2000

calorimétrie

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calorimètre et mélanges

 

  1. On place 50 g d'eau dans un calorimètre. Au bout d'un certain temps la température lue est de 20°C. On y ajoute 50 g d'eau à 30°C. La température finale est de 24 °C. Quelle est la valeur en eau Me de ce calorimètre ?
  2. Dans le calorimètre précédent, on introduit 100 g d'eau, l'ensemble est à 20°C. On y ajoute 100 g d'huile à 100°C. La température finale est de 45°C. Quelle est la chaleur spécifique de l'huile ?
  3. Quelle sera la température finale si l'on ajoute 10g de glace à 0°C à 100 ml d'eau à 40°C présents initialement dans le calorimètre précédent ? On donne : Lf = 334,4 J.g-1 . Ceau =4200 J kg-1 K-1.Cglace =2100 J kg-1 K-1.
corrigé

Q: énergie cédée par l'eau chaude =0,05*4200*(24-30)= -1260 J

Q1 : énergie gagnée par l'eau froide =0;05*4200*(24-20)=840 J

Q2 : énergie gagnée par calorimètre =Me*(24-20)= 4 Me

Q+Q1+Q2=0 d'où Me =105 J K-1.

énergie gagnée par l'eau et le calorimètre :

Q=0,1*4200(45-20)+ 105*(45-20)

énergie cédée par l' huile :

Q1=0,1Chuile(45-100)

Q+Q1=0

Chuile =238,6 J K-1.

glace : énergie pour fondre à 0° : Q =334,4*10= 3344 J

énergie pour réchauffer l'eau de fonte

Q1=0,01*4200*(tf-0)= 42 tf

énergie cédée par l'eau chaude et le calorimètre :

Q2=0,1*4200*(tf-40)+105*(tf-40)

Q+Q1+Q2=0

tf =31,4°C

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de la glace à la vapeur d'eau

Quelle est la quantité de chaleur nécessaire pour convertir 10 g de glace à -20°C en vapeur à 100°C ?

 

corrigé

 

glace se réchauffe : 2,1*10*20= 420 J

la glace fond à 0° : 3344 J

l'eau de fonte se réchauffe : 0,01*4200*100=4200 J

l'eau se vaporise à 100° : 22500 J

total : 30460 J
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enthalpie
2N2(g) + O2(g) -->2N2O(g) DH=163,2 kJ
  1. La réaction est-elle endothermique ou exothermique ?
  2. Quelle est l'énergie mise en jeu par la formation de 25 g de N2O.
  3. Quelle masse de N2 correspond à la mise en jeu de 5 kJ ?
  4. dix grammes de N2O sont décomposé en N2 et O2 ; quelle est l'énergie mise en jeu ?

 

corrigé

 

endothermique car DH positif

163,2 kJ pour 2 mol N2O : masse molaire (2*14+16)=44g/mol

163,2*25 / 88= 46,7 kJ pour 25 g

5 / 163,2= 0,03 mol N2O donc 0,03 mol N2

puis multiplier par la masse molaire 28 g/mol -->0,42 g N2

 

10 / 44= 0,227 mol N2O soit 163,2*0,227/2= -18,5 kJ (- réaction en sens inverse à celle donnée)

 
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divers exercices
  1.  Capacité thermique massique de C2H5Br : 0,924 J g-1 K-1. Quelle est l'énergie mise en jeu lorsque 193 g passe de 19 à 35 °C ?
  2. 4,25 g de nitrate d'ammonium (NH4NO3) sont dissouts dans 60 mL d'eau. La température passe de 22 °C à 16,9°C. Quelle est l'enthalpie de dissolution de ce solide en kJ mol-1.
  3. 1,8 g d'octane brûle dans une bombe calorimétrique (11,66 kJ K-1) . La température s'élève de 21,36 à 28,78 °C. Quelle est l'énergie mise en jeu par la combustion d'un gramme puis d'une mole d'octane ?
  4. 2SO2(g) + O2(g) -->2SO3(g) DH=-196 kJ (1)

2 S(s) +3 O2(g) --> 2 SO3(g) DH= -790 kJ (2)

S(s) + O2 --> SO2 (g) (3). Calculer DH.

corrigé

0,924 J pour 1 g et par degré donc : 0,924*193*(35-19)= 2853 J
masse molaire nitrate d'ammonium :(14+4+14+48)=80 g mol-1. 

4,25 /80 =0,053 mol

énergie cédée par l'eau lors de la dissolution :

0,06*4200*(16,9-22 )= -1285,2 J

énergie gagnée par le nitrate d'ammonium :1285,2 J

1285,2 /0,053 = 24,25 kJ mol-1 endothermique, la température de la solution

diminue lors de la dissolution du solide.

masse molaire octane : 8*12+18=114 g mol-1. 

28,78-21,36=7,42°C

7,42*11,66 = 86,52 kJ pour 1,8 g

48,1 kJ énergie libérée par g

48,1*114 =5483 kJ libérés par mol

exothermique DH=-5483 kJ mol-1.

loi de Hess

réaction (3)=demi différence (2)-(1)

(-790+196)/2= -297 kJ

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