Chimie c1024

La chaleur molaire et la chaleur massique de réaction

La chaleur molaire de réaction est la quantité d'énergie absorbée ou dégagée lors de la transformation d'une mole de réactif ou de la formation d'une mole de produits.

La chaleur massique de réaction est la quantité d'énergie absorbée ou dégagée lors de la transformation d'un gramme de réactif ou de la formation d'un gramme de produits.

La variation d'enthalpie d'une réaction correspond à l'énergie qui est absorbée ou dégagée au cours de celle-ci. Elle est généralement mesurée en joules (J) ou en kilojoule (kJ). Toutefois, pour des fins de comparaison, il est souvent utile d'exprimer cette quantité d'énergie en fonction de la quantité de substance ayant réagi. La quantité de substance peut être exprimée en grammes ou en moles, ce qui différencie la chaleur massique de la chaleur molaire de réaction.

La chaleur massique de réaction

Lorsque la variation d'enthalpie (H) est exprimée en kJ/g, on parle de chaleur massique de réaction.

La variation d'enthalpie peut être exprimée en fonction de la quantité de produits ou de réactifs en grammes. Dans ce cas, on parle de chaleur massique de réaction. Cette chaleur massique exprime la quantité d'énergie qui est absorbée ou dégagée lors de la transformation d'un gramme de réactif ou de la formation d'un gramme de produits. On exprime la chaleur massique de réaction en kJ/g

Si la chaleur molaire de vaporisation de l'eau est de 40,8kJ/mol, quelle est sa chaleur massique de vaporisation ?

Solution
En sachant qu'une mole d'eau équivaut à 18,02g, on sait maintenant que 40,8kJ est l'énergie dégagée par la vaporisation de 18,02g. Par un produit croisé, on peut trouver combien de kJ sont dégagés par la vaporisation de 1g d'eau.

40,8kJ18,02g=?1g  
?=2,26kJ
 
La chaleur massique de vaporisation de l'eau est donc de 2,26kJ/g.

La chaleur molaire de réaction

Lorsque la variation d'enthalpie (H) est exprimée en kJ/mol, on parle alors de chaleur molaire de réaction.

La variation d'enthalpie peut être exprimée en fonction de la quantité de produits ou de réactifs en moles. Dans ce cas, on parle de chaleur molaire de réaction. Cette chaleur molaire exprime la quantité d'énergie qui est absorbée ou dégagée lors de la transformation d'une mole de réactif ou de la formation d'une mole de produits. On exprime la chaleur molaire de réaction en kJ/mol.

Cependant, même lorsqu'on exprime la chaleur molaire de réaction en fonction d'une substance en particulier, il est important de ne pas oublier qu'elle est en réalité intimement liée à la réaction étudiée.

La combustion du méthane se déroule selon la réaction suivante:
CH4(g)+2O2(g)CO2(g)+2H2O(l)

Si la combustion d'une mole de CH4 dégage 890 kJ, on peut déduire que:
-la réaction de 2 moles de O2 dégage 890 kJ;
-la production de 1 mole de CO2 dégage 890 kJ;
-la production de 2 moles de H2O dégage 890 kJ.

Ainsi, la réaction de 1 mole de O2 dégagerait 445 kJ, de même que la production de 1 mole de H2O.

Comme il existe plusieurs types de réactions, la chaleur molaire de réaction peut porter le nom particulier de la transformation qu'elle décrit. En utilisant un calorimètre, il est possible de déterminer la chaleur de transformation se déroulant en milieu aqueux. On distingue souvent la chaleur molaire de dissolution et la chaleur molaire de neutralisation.

La chaleur molaire de dissolution

La chaleur molaire de dissolution (Hd) est la quantité d'énergie qui est absorbée ou libérée lors de la dissolution d'une mole de soluté dans un solvant.

On peut calculer la chaleur molaire de dissolution d'une substance à partir d'expériences calorimétriques dans lesquelles on note des mesures de température qu'on utilise dans des calculs de chaleur. La chaleur molaire de dissolution peut servir, entre autre, à déterminer la température finale d'une solution après la dissolution du soluté.

Dans un calorimètre contenant 150,0mL d'eau, on effectue la dissolution de 6,70g de LiOH(s). On constate que la température de l'eau passe de 25,0°C à 37,0°C.
Quelle est la chaleur molaire de dissolution du LiOH ?

Solution
D'abord, il faut calculer l'énergie dégagée par le calorimètre.
Q=mcT
Q=150,0g4,19J/gC(37,0C25,0C)
Q=7542J

Comme l'énergie est dégagée, le ΔH est donc négatif, ce qui donne -7542 J.
Ensuite, il faut trouver à combien de moles correspond 6,70g, en sachant qu'une mole de LiOH correspond à 23,95g.
23,95g1mol=6,70g?
?=0,28mol

Finalement, il suffit de trouver pour 1 mole de LiOH quelle serait l'énergie dégagée.
7542J0,28mol=?1mol
?=26935J=26,9kJ

Ainsi, la chaleur molaire de dissolution du LiOH est de -26,9kJ.

Les chaleurs molaires de dissolution

La chaleur molaire de neutralisation

La chaleur molaire de neutralisation (Hn) est la quantité d'énergie qui est absorbée ou libérée au cours de la neutralisation d'une mole d'acide ou d'une mole de base.

Une réaction de neutralisation s'accompagne d'un transfert de chaleur qui résulte de l'interaction entre les ions qui réagissent. On peut étudier les réactions de neutralisation au laboratoire à l'aide d'un calorimètre. Étant donné que les solutions acides et basiques sont diluées, on considère que leur masse volumique et leur capacité thermique massique sont équivalentes à celle de l'eau.

Lorsque l'on utilise la formule Q=mcT lors d'une neutralisation, il faut additionner les quantités de solutions acide et basique pour trouver la valeur de la masse à placer dans l'équation.

Dans un calorimètre, on neutralise complètement 100mL d'une solution aqueuse de NaOH à 0,5 mol/L en ajoutant 100mL de HCl à 0,5 mol/L. La température initiale des solutions avant de faire la neutralisation est de 22,5°C. La température la plus élevée obtenue au cours de la neutralisation (après avoir fait le mélange) est de 25,9°C. Quelle est la chaleur molaire de neutralisation du NaOH?

Solution
D'abord, il faut calculer l'énergie impliquée dans la neutralisation.
Q=mcT
Q=(100g+100g)4,19J/g°C(25,9C22,5C)
Q=2849,2J

Puisque la température de l'eau a augmenté, cela signifie que la neutralisation a dégagé de l'énergie. Donc, ΔH=2849,2J.

Ensuite, il faut trouver le nombre de moles de NaOH neutralisé grâce à la concentration de la solution, qui est de 0,5 mol/L.
C=nV
0,5mol/L=n0,1L
n=0,05mol

Finalement, il faut calculer la chaleur molaire de neutralisation.
2849,2J0,05mol=?1mol
?=56984,0J=57,0kJ

Donc, la chaleur molaire de neutralisation du NaOH est de -57 kJ/mol.

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