Calcul de la Variation d’Enthalpie
Comprendre le Calcul de la Variation d’Enthalpie
Lors d’une expérience en laboratoire de chimie, un étudiant doit déterminer la variation d’enthalpie lors de la réaction entre l’acide chlorhydrique et l’hydroxyde de sodium pour former de l’eau et du chlorure de sodium en solution aqueuse.
Cette réaction est une réaction exothermique typique utilisée pour illustrer les principes de thermodynamique dans les cours de chimie.
Pour comprendre le Calcul de la Variation d’Énergie, cliquez sur le lien.
Données Fournies
- Volume de l’acide chlorhydrique (\(HCl\)): \(V_{\text{HCl}} = 50.0\) mL
- Concentration de l’acide chlorhydrique (\(HCl\)): \(C_{\text{HCl}} = 1.00\) M
- Volume de l’hydroxyde de sodium (\(NaOH\)): \(V_{\text{NaOH}} = 50.0\) mL
- Concentration de l’hydroxyde de sodium (\(NaOH\)): \(C_{\text{NaOH}} = 1.00\) M
- Température initiale de la solution: \(T_{\text{init}} = 25.0\) °C
- Température finale de la solution après réaction: \(T_{\text{fin}} = 31.7\) °C
- Capacité calorifique massique de la solution (approximée à celle de l’eau): \(c = 4.18\) J/g°C
- Densité de la solution (approximée à celle de l’eau): \(\rho = 1.00\) g/mL
Équation de Réaction:
\[ \text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + H_2O \]
Questions:
1. Calculer la masse totale de la solution après mélange des réactifs.
2. Calculer la quantité de chaleur absorbée ou libérée par la solution (\(Q\)).
3. Déterminer la variation d’enthalpie de la réaction (\(\Delta H\)), en considérant que la réaction a lieu à pression constante et que la chaleur mesurée correspond à \(\Delta H\) pour les quantités de réactifs utilisés. Exprimer le résultat en kJ/mol de réactif limitant.
Correction : Calcul de la Variation d’Enthalpie
1. Calcul de la Masse Totale de la Solution
Pour calculer la masse totale de la solution après mélange, nous utilisons le volume total et la densité de la solution. La densité est approximée à celle de l’eau, soit \(1.00 \, \text{g/mL}\).
Calcul du volume total de la solution:
\[ V_{\text{total}} = V_{\text{HCl}} + V_{\text{NaOH}} \] \[ V_{\text{total}} = 50.0 \, \text{mL} + 50.0 \, \text{mL} \] \[ V_{\text{total}} = 100.0 \, \text{mL} \]
Calcul de la masse totale de la solution:
\[ m = \rho \cdot V_{\text{total}} \] \[ m = 1.00 \, \text{g/mL} \times 100.0 \, \text{mL} \] \[ m = 100.0 \, \text{g} \]
2. Calcul de la Quantité de Chaleur Échangée
Pour trouver la quantité de chaleur échangée (\(Q\)), on utilise la formule de la capacité calorifique massique, la masse de la solution, et la variation de température.
Calcul de la variation de température (\(\Delta T\)):
\[ \Delta T = T_{\text{fin}} – T_{\text{init}} \] \[ \Delta T = 31.7 \, ^{\circ}\text{C} – 25.0 \, ^{\circ}\text{C} \] \[ \Delta T = 6.7 \, ^{\circ}\text{C} \]
Calcul de la quantité de chaleur échangée (\(Q\)):
\[ Q = m \cdot c \cdot \Delta T \] \[ Q = 100.0 \, \text{g} \times 4.18 \, \text{J/g}^{\circ}\text{C} \times 6.7 \, ^{\circ}\text{C} \] \[ Q = 2802.06 \, \text{J} \]
3. Détermination de la Variation d’Enthalpie (\(\Delta H\))
La variation d’enthalpie est calculée en divisant la quantité de chaleur par le nombre de moles du réactif limitant.
Calcul du nombre de moles des réactifs:
\[ n_{\text{HCl}} = C_{\text{HCl}} \cdot V_{\text{HCl}} \] \[ n_{\text{HCl}} = 1.00 \, \text{M} \times 0.0500 \, \text{L} \] \[ n_{\text{HCl}} = 0.0500 \, \text{mol} \]
\[ n_{\text{NaOH}} = C_{\text{NaOH}} \cdot V_{\text{NaOH}} \] \[ n_{\text{NaOH}} = 1.00 \, \text{M} \times 0.0500 \, \text{L} \] \[ n_{\text{NaOH}} = 0.0500 \, \text{mol} \]
Conversion de la chaleur en kilojoules:
\[ Q_{\text{kJ}} = \frac{2802.06 \, \text{J}}{1000} \] \[ Q_{\text{kJ}} = 2.802 \, \text{kJ} \]
Calcul de \(\Delta H\) par mole de réactif:
\[ \Delta H = \frac{Q_{\text{kJ}}}{n_{\text{limitant}}} \] \[ \Delta H = \frac{2.802 \, \text{kJ}}{0.0500 \, \text{mol}} \] \[ \Delta H = -56.04 \, \text{kJ/mol} \]
Conclusion
La variation d’enthalpie pour cette réaction exothermique est de \(-56.04 \, \text{kJ/mol}\). Cela indique que \(56.04 \, \text{kJ}\) de chaleur ont été libérés par mole de réactif lors de la réaction à pression constante.
Remarques
- Signe négatif de \(\Delta H\): Indique une réaction exothermique.
- Utilisation des données: Toutes les données fournies sont utilisées pour arriver à cette conclusion, et chaque étape des calculs est clairement expliquée et justifiée avec les unités appropriées.
Calcul de la Variation d’Enthalpie
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