TP de Chimie Objectifs du TP Documents utiles Travail à effectuer

Mesures d’enthalpies standards de réaction - MPSI 1 Lycée Chaptal - 2013
TP de Chimie
Mesures d’enthalpies standardsderéaction χ . 10
Objectifs du TP
• Appliquer le cours de thermochimie à la détermination d’enthalpies de réaction ;
• Réviser le cours de thermochimie et utiliser la notion de fonction d’état ;
• Apprendre à connaître quelques protocoles expérimentaux de calorimétrie.
Documents utiles
• Le cours de thermochimie.
Travail à effectuer
Effectuer un compte-rendu (une feuille double maximum environ hors dessins). Des durées indicatives sont
fournies pour bien gérer le temps.
I - Enthalpie standard de formation de l’oxyde de magnésium - 1h15
A.
Principe
L’enthalpie standard de formation ∆f H ◦ de l’oxyde de magnésium (ou magnésie) MgO correspond à la chaleur
de la réaction
1
M g (s) + O2(g) = M gO(s)
2
◦
On détermine indirectement ∆f H(MgO)
en considérant les deux réactions suivantes
{
Mg(s) + 2H3 O+ = Mg2+ + H2(g) + 2H2 O(ℓ) (1) ∆r H1◦
MgO(s) + 2H3 O+ = Mg2+ + 3H2 O(ℓ)
(2) ∆r H2◦
◦
Les tables donnent l’enthalpie standard de formation de l’eau, soit ∆f H(H
= −286 kJ.mol−1 à 25◦ C. Montrer
2 O)
que l’on a la relation
◦
◦
∆f H(MgO)
= ∆r H1◦ − ∆r H2◦ + ∆f H(H
2 O)
◦
Expérimentalement, on va déterminer ∆r H1◦ et ∆r H2◦ et par calorimétrie pour en déduire ∆f H(MgO)
.
1
Mesures d’enthalpies standards de réaction
B.
Expérience
Les pesées se font avec la balance électronique au centième de gramme. Les mesures de température se font
avec un thermomètre au dixième de degré Celsius.
Dissolution du magnésium dans HCℓ : Peser le bécher de réaction, on note Mb sa masse du bécher. Placer
dans le bécher environ 125 mL de solution d’acide chlorhydrique à 1 mol.L−1 . On déterminera précisément la masse
de la solution, notée Ms . Peser précisément 0, 25 g de tournure de magnésium, sa masse sera notée M1 . Placer le
bécher dans le calorimètre et noter la température initiale θi de la solution. Introduire rapidement le magnésium
dans le bécher, fermer le couvercle puis agiter doucement et régulièrement avec l’agitateur magnétique. Noter la
température finale stabilisée θf de la solution.
Dissolution de l’oxyde de magnésium dans HCℓ : Vider, rincer et sécher soigneusement le bécher de réaction.
Refaire la même expérience que précédemment en remplaçant le magnésium par 0, 50 g d’oxyde de magnésium ; sa
masse sera notée M2 . Noter les températures θi et θf .
C.
Étude théorique
• Masses molaires en g.mol−1
Mg : 24, 31
MgO : 40, 31
• Capacités thermiques massiques en J.K−1 .g−1
Verre : Cv = 0, 84
Solution : Cs = 4, 19
Les réactions de dissolution étant totales, calculer dans les deux cas l’avancement final ξf . On admet que, pour
chaque réaction, la quantité de chaleur dégagée par la réaction sert entièrement à augmenter la température du
bécher et de la solution. Établir la relation entre ξf , ∆r H ◦ , Mb , Ms , Cv , Cs , θi et θf . Déterminer alors ∆r H1◦ et
◦
. Mener une étude statistique à partir des valeurs de cette dernière grandeur pour chacun
∆r H2◦ , et enfin ∆f H(MgO)
des groupes de la classe.
Question Bonus : Les réactions considérées sont-elle isobares ? Sinon, pourquoi considérer l’enthalpie et non
l’énergie interne ? On pourra s’appuyer sur le lien entre ces deux grandeurs et tenir un raisonnement sur les ordres
de grandeur.
II - Enthalpie standard de la réaction de formation de l’eau - 30 min
On ajoute une solution de soude NaOH à une solution d’acide chlorhydrique HCℓ, la réaction est alors
H3 O+ + OH − = 2H2 O
d’enthalpie standard de réaction ∆r H3◦ , que l’on va évaluer en mesurant les élévations de température lors des
ajouts de base dans l’acide.
Expérience : Mettre les lunettes de protection et la blouse ! Mettre la solution de soude dans la burette. Mettre
dans le bécher de réaction un volume VA = 20 mL d’acide chlorhydrique à 1, 0 mol.L−1 (pipette jaugée) et 20
mL d’eau distillée (éprouvette graduée). Homogénéiser avec l’agitateur magnétique et noter la température initiale
θi de la solution. Fermer le calorimètre. Ajouter la soude de 2 en 2 mL et noter à chaque fois la température θ.
Présenter les résultats dans un tableau (VB en mL et θ en ◦ C). Verser au total 30 mL de soude.
Exploitation :
• Tracer la courbe donnant θ en fonction de VB . Expliquez l’allure obtenue et notamment que l’équivalence correspond à l’intersection des deux segments de droites qui constituent la courbe. Déterminer graphiquement le volume
versé à l’équivalence VB,E et la température θE .
• Á partir de la valeur de VB,E , déterminer l’avancement de la réaction à l’équivalence.
[
]
• La masse de la solution à l’équivalence est Ms = 40 + VB,E (mL) × 1, 0 g.mL−1 . En utilisant la même méthode
qu’au I.3) déterminer ∆r H3◦ .
• Bonus : La réaction est-elle isobare ? Dans le cas contraire, pourquoi s’intéresser à ∆r H et comment l’obtenir ?
Conclure.
2