Par John Brennan, mis à jour le 24 mars 2022

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La calorimétrie est la pierre angulaire de la thermochimie expérimentale, permettant aux scientifiques de déterminer les enthalpies de réaction et les capacités thermiques. Alors que de nombreux élèves sont à l'aise pour mesurer la température finale (T_f) d'une expérience calorimétrique, un défi courant en classe consiste à prédire T_f lorsque l'enthalpie de réaction (ΔH_rxn) et les capacités thermiques de tous les composants sont connues. Cet article explique ce calcul de manière claire et systématique.

Étape 1 – Identifier les données fournies

Lisez attentivement l'énoncé du problème. Vous trouverez généralement :

• ΔH_rxn pour la réaction (kJ)
• Capacité thermique du mélange réactionnel, C_p, teneur (kJg⁻¹K⁻¹)
• Masse totale des produits de réaction, m_contents (g)
• Constante du calorimètre, C_cal (kJK⁻¹)
• Température initiale, T_i (°C)

Étape 2 – Supposons qu'il s'agisse d'un calorimètre parfait

Dans un calorimètre adiabatique idéal, aucune chaleur n’est perdue dans l’environnement. Toute la chaleur dégagée par la réaction est absorbée par le calorimètre et son contenu.

Étape 3 – Configurer le bilan énergétique

Parce que le calorimètre et son contenu atteignent la même température finale, la chaleur dégagée est égale à la chaleur absorbée :

ΔH_rxn =[C_p,contents × m_contents + C_cal] × (T_i – T_f)

Notez l'ordre de soustraction :(T_i – T_f). Les enthalpies de réaction sont négatives pour les processus exothermiques, donc cette convention de signe maintient l'algèbre simple.

Étape 4 – Résoudre pour T_f

Réorganisez l'équation :

ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal] = T_i – T_f

Retournez le panneau et ajoutez T_i :

T_f = T_i – ΔH_rxn / [C_p,contents × m_contents + C_cal]

Étape 5 – Branchez les numéros

Exemple :ΔH_rxn =–200kJ, C_p,contents =0,00418kJg⁻¹K⁻¹, m_contents =200g, C_cal =2kJK⁻¹, T_i =25°C.

T_f = 25 – [–200 / (0.00418 × 200 + 2)]
    = 25 – [–200 / 2.836]
    = 25 + 70.5
    = 95.5 °C

La température finale est de 95,5°C.

Choses nécessaires

• Crayon et papier pour le travail de grattage
• Calculatrice scientifique (ou feuille de calcul) pour l'arithmétique

Références

• Principes chimiques :la quête de la connaissance , Peter Atkins et coll., 2008