Laboratoire : Calorimétrie

Calorimétrie

1) Rappel théorique

Comme son nom l’indique, un calorimètre est un dispositif qui permet de mesurer (indirectement) les échanges de chaleur. Il s’agit pour l’essentiel d’un récipient isolé du monde extérieur, contenant une certaine quantité connue d’eau et muni d’un thermomètre.

Lorsque le calorimètre reçoit (ou cède) de la chaleur, sa température s’accroît (ou diminue). La relation qui établit le lien entre la chaleur échangée (ΔQ) et la variation de température (Δt) est ΔQ = co.m. Δt.

Dans cette formule, m représente la masse (essentiellement de l’eau) dont la température varie. Dans le système international, ΔQ s’exprime en kJ, m en kg et Δt en °C (ou en K ; rappelons que T(K) = t(°C) + 273).

La grandeur physique co est appelée chaleur massique de l’eau : c’est la quantité de chaleur qu’il faut fournir à 1kg d’eau pour élever sa température de 1°C. Le physicien britannique James Joule a été le premier à déterminer cette valeur : co = 4,18 kJ/kg°C.

Applications numériques :

1. Un calorimètre reçoit 6285 joules de chaleur grâce à une réaction de dissolution d'un acide dans l'eau. La solution ainsi réalisée possède une masse de 308 g. Quelle sera la variation de température qui en résulte ? (Prendre co = 4,18 kJ/kg°C).

2. Quelle est la quantité de chaleur requise pour réchauffer l’eau d’un chauffe-bain de 200 l de 12°C à 58°C ?

2) Manipulation

2.1 ) Détermination de la chaleur de dissolution de NaOH(s)

La mise en solution peut être traduite par la réaction :

NaOH(s) → Na+(aq) + OH-(aq)

⇒ peser 1/10ème de mole de NaOH(s)

Donnée : M(Na) = 23 g/mol

Donc 1/10ème de mole de NaOH(s) = . . . . . g NaOH(s)

⇒ Introduire dans le calorimètre 180 ml d'eau froide

⇒ Attendre que la température de l'eau à l'intérieur du calorimètre se stabilise. Noter la température initiale (= ti).

⇒ Introduire la substance à dissoudre, reboucher immédiatement le calorimètre

⇒ Agiter avec le thermomètre pour avoir une dissolution complète et attendre que la température se stabilise. Noter la température finale (= tf).

La précision de vos résultats dépend du calorimètre dont l'isolation thermique n'est pas totale. Il faut donc mener les expériences le plus rapidement possible.

a. Calculer la chaleur de dissolution au moyen de la formule :

ΔQ = co.m. Δt

Attention ! Dans cette formule, « m » représente

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