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

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

 

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.

|\frac{40,8kJ}{18,02g}=\frac{?}{1g}|   où ? = 2,26kJ
 
La chaleur massique de vaporisation de l'eau est donc de 2,26kJ/g.

La chaleur molaire de réaction et la calorimétrie

En utilisant un calorimètre, il est possible de déterminer la chaleur de transformations se déroulant en milieu aqueux comme c'est le cas pour une dissolution et une neutralisation.

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

 

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, calculons l'énergie dégagée par le calorimètre.

Q = mcΔT
Q = 150,0g x 4,19J/g°C x (37,0°C - 25,0°C)
Q = 7542J

Comme l'énergie est dégagée, le ΔH est donc négatif, ce qui nous donne -7542kJ.

Ensuite, il faut trouver à combien de moles correspond 6,70g, en sachant qu'une mole de LiOH correspond à 23,95g.

|\frac{23,95g}{1mol}=\frac{6,70g}{?}|   où ? = 0,28 mol

Finalement, il nous suffit de trouver pour 1 mole de LiOH quelle serait l'énergie dégagée.

|\frac{-7542J}{0,28mol}=\frac{?}{1mol}|   où ? = -26935 J = -26,9 kJ

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

 

La chaleur molaire de neutralisation est la quantité d'énergie qui est absorbée ou libérés au couras de la neutralisation d'une mole d'acide ou de base.

 

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

 

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 bien entendu) est de 25,9°C. Calculez la chaleur molaire de neutralisation du NaOH.

Solution
D'abord, calculons l'énergie impliquée dans la neutralisation.

Q = mcΔT
Q = (100g+100g) x 4,19 J/g°C x (25,9°C - 22,5°C)
Q = 2845,1 J

Puisque la température de l'eau a augmenté, cela signifie que la neutralisation a dégagé de l'énergie. Donc, ΔH = -2845,1 J.

Ensuite, trouvons le nombre de moles de NaOH neutralisé grâce à la concentration de la solution, qui est de 0,5 mol/L.

|C=\frac{n}{V}|
|0,5mol/L=\frac{n}{0,1L}|   où n = 0,05 mol

Finalement, calculons la chaleur molaire de neutralisation.
 
|\frac{-2845,1J}{0,05mol}=\frac{?}{1mol}|   où ? = -56902,0 J = -56,9 kJ

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

Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse