Travaux pratiques en thermodynamique chimique :
1. Détermination de l'enthalpie de réaction
- Utilisation d'un
calorimètre pour mesurer la variation de température lors d'une réaction
chimique
- Calcul de l'enthalpie de
réaction à partir de la mesure de la variation de température et des paramètres
du système
2. Étude de l'équilibre chimique
- Mise en place d'un
système réactionnel à l'équilibre
- Mesure des
concentrations des réactifs et des produits à l'équilibre
- Calcul de la constante
d'équilibre et étude de son évolution en fonction des conditions
3. Détermination de l'entropie standard de réaction
- Mesure des variations de
température et de pression lors d'une transformation
- Calcul de la variation
d'enthalpie et d'entropie à partir des données expérimentales
- Étude de l'évolution
spontanée des réactions chimiques
Ces travaux pratiques permettent aux étudiants d'appliquer
concrètement les principes de la thermodynamique chimique, de se familiariser
avec les techniques de mesure et de développer leur compréhension des
phénomènes thermodynamiques régissant les réactions chimiques.
Ø Très bien, voici les étapes pour la
manipulation n°1 sur la détermination de l'enthalpie de fusion de la glace :
Manipulation n°1 : Détermination de l'enthalpie de fusion de la
glace
Objectifs :
- Mesurer la variation de température lors de la fusion de la glace
- Calculer l'enthalpie molaire de fusion de la glace
Matériel :
- Calorimètre
- Glaçons
- Thermomètre de précision
- Balance
Protocole :
1. Peser la masse du calorimètre vide.
2. Ajouter une masse connue de glaçons dans le calorimètre et peser
l'ensemble.
3. Mesurer la température initiale du système.
4. Laisser le système évoluer jusqu'à ce que tous les glaçons
soient fondus et que la température se stabilise.
5. Mesurer la température finale du système.
Calculs :
- Calculer la masse d'eau fondue à partir de la masse de glaçons
initiaux.
- Calculer la variation de température ΔT entre l'état initial et
l'état final.
- Utiliser la formule ΔH = m × c × ΔT pour déterminer la variation
d'enthalpie ΔH, où m est la masse d'eau fondue et c la capacité calorifique
massique de l'eau.
- Diviser ΔH par la masse molaire de l'eau pour obtenir l'enthalpie molaire de fusion de la glace.
Comparer la valeur obtenue avec la valeur théorique connue de
l'enthalpie molaire de fusion de la glace.
Ø Très bien, passons maintenant à la
manipulation n°2 sur la détermination de l'enthalpie de combustion du
magnésium.
Manipulation n°2 : Détermination de l'enthalpie de combustion du
magnésium
Objectifs :
- Mesurer la variation de température lors de la combustion du
magnésium
- Calculer l'enthalpie molaire de combustion du magnésium
Matériel :
- Calorimètre
- Ruban de magnésium
- Allume-gaz
- Thermomètre de précision
- Balance
Protocole :
1. Peser le calorimètre vide.
2. Introduire une masse connue de ruban de magnésium dans le
calorimètre et peser l'ensemble.
3. Mesurer la température initiale du système.
4. Enflammer le ruban de magnésium à l'aide de l'allume-gaz et
laisser la réaction de combustion se dérouler.
5. Mesurer la température maximale atteinte par le système.
Calculs :
- Calculer la masse de magnésium brûlée à partir de la masse
initiale.
- Calculer la variation de température ΔT entre l'état initial et
l'état final.
- Utiliser la formule ΔH = m × c × ΔT pour déterminer la variation
d'enthalpie ΔH, où m est la masse de magnésium brûlée et c la capacité
calorifique massique du calorimètre.
- Diviser ΔH par la masse molaire du magnésium pour obtenir
l'enthalpie molaire de combustion du magnésium.
Comparer la valeur obtenue avec la valeur théorique connue de
l'enthalpie molaire de combustion du magnésium.
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Voici les étapes pour la manipulation n°3 sur la détermination du volume molaire d'excès du système eau-éthanol :
Manipulation n°3 : Détermination du volume molaire d'excès du
système eau-éthanol
Objectifs :
- Mesurer les volumes molaires de mélanges eau-éthanol de
différentes compositions
- Calculer le volume molaire d'excès du système eau-éthanol
Matériel :
- Verrerie jaugée (fioles, pipettes, burettes)
- Ethanol absolu
- Eau distillée
- Thermomètre de précision
Protocole :
1. Préparer une série de mélanges eau-éthanol de fractions molaires
différentes.
2. Pour chaque mélange, mesurer précisément le volume total V et la
température T.
3. Calculer les volumes molaires individuels de l'eau et de
l'éthanol pur à la température T.
4. Calculer le volume molaire théorique du mélange en utilisant la
loi de Raoult.
5. Calculer le volume molaire d'excès Vexc = Vmesuré - Vthéorique
Calculs :
- Utiliser les propriétés molaires des corps purs (densités, masses
molaires) pour calculer les volumes molaires individuels.
- Appliquer la loi de Raoult pour calculer le volume molaire
théorique du mélange.
- Déduire le volume molaire d'excès en soustrayant le volume
molaire théorique au volume molaire mesuré.
Représenter graphiquement le volume molaire d'excès en fonction de
la fraction molaire d'éthanol.
Analyser les résultats et discuter des interactions moléculaires
dans le mélange eau-éthanol.