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La calorimétrie est l’étude du transfert de chaleur et des changements d’état résultant de réactions chimiques, de transitions de phase ou de changements physiques. L’outil utilisé pour mesurer le changement de chaleur est le calorimètre. Deux types de calorimètres populaires sont le calorimètre à tasse de café et le calorimètre à bombe.
Ces problèmes montrent comment calculer le transfert de chaleur et le changement d’enthalpie en utilisant les données d’un calorimètre. Tout en travaillant sur ces problèmes, passez en revue les sections sur la calorimétrie des tasses à café et des bombes et les lois de la thermochimie.
Problème de calorimétrie des tasses de café
La réaction acide-base suivante est effectuée dans un calorimètre à tasse de café :
- H+(aq) + OH-(aq) → H2O(l)
La température de 110 g d’eau passe de 25,0 C à 26,2 C lorsque l’on fait réagir 0,10 mol de H+ avec 0,10 mol de OH-.
- Calculer qwater
- Calculer ΔH pour la réaction
- Calculer ΔH si 1,00 mol OH- réagit avec 1,00 mol H+
Solution
Utilisez cette équation :
Où q est le flux de chaleur, m est la masse en grammes et Δt est le changement de température. Si vous introduisez les valeurs indiquées dans le problème, vous obtenez
- qeau = 4,18 (J / g-C 😉 x 110 g x (26,6 C – 25,0 C)
- qeau = 550 J
- ΔH = -(qwater) = – 550 J
Vous savez que lorsque 0,010 mol de H+ ou OH- réagit, ΔH est à – 550 J :
Donc, pour 1,00 mole de H+ (ou OH-) :
- ΔH = 1,00 mol H+ x (-550 J / 0,010 mol H+)
- ΔH = -5,5 x 104 J
- ΔH = -55 kJ
Réponse
Problème de calorimétrie des bombes
Lorsqu’un échantillon de 1.000 g d’hydrazine, N2H4, le carburant pour fusée, est brûlé dans un calorimètre à bombe, qui contient 1.200 g d’eau, la température passe de 24,62 C à 28,16 C. Si le C de la bombe est de 840 J/C, calculer :
- qréaction pour la combustion d’un échantillon de 1 gramme
- qréaction pour la combustion d’une mole d’hydrazine dans le calorimètre de la bombe
Solution
Pour un calorimètre à bombe, utilisez cette équation :
- qréaction = -(qeau + qbomb)
- qréaction = -(4,18 J / g-C x mwater x Δt + C x Δt)
- qréaction = -(4,18 J / g-C x mwater + C)Δt
Où q est le flux de chaleur, m est la masse en grammes et Δt est le changement de température. Branchez les valeurs données dans le problème :
- qréaction = -(4,18 J / g-C x 1200 g + 840 J/C)(3,54 C)
- qréaction = -20 700 J ou -20,7 kJ
Vous savez maintenant que 20,7 kJ de chaleur est dégagée pour chaque gramme d’hydrazine brûlé. En utilisant le tableau périodique pour obtenir les poids atomiques, calculer qu’une mole d’hydrazine, N2H4, pèse 32,0 g. Donc, pour la combustion d’une mole d’hydrazine :
- qréaction = 32,0 x -20,7 kJ/g
- qréaction = -662 kJ
