Exercices et corrigés

Etude de Chimie

Étude de la Conservation de l’Énergie

Étude de la Conservation de l’Énergie

Comprendre l’Étude de la Conservation de l’Énergie

Dans un laboratoire, un chimiste effectue une réaction endothermique pour convertir les composés A et B en composé C. La réaction nécessite un apport d’énergie sous forme de chaleur pour progresser.

Le chimiste souhaite déterminer la quantité d’énergie absorbée par la réaction pour vérifier la conservation de l’énergie.

Données:

  • Masse de A : 150 g
  • Masse de B : 100 g
  • La réaction se produit dans un calorimètre dont la capacité calorifique est de 10.0 J/°C.
  • Température initiale du mélange réactionnel : 25.0 °C
  • Température finale du mélange réactionnel après réaction : 35.0 °C
  • Chaleur spécifique de A : 0.9 J/g°C
  • Chaleur spécifique de B : 1.2 J/g°C
  • Chaleur spécifique de C : 1.1 J/g°C
  • Masse de C formée : 240 g
    Étude de la Conservation de l'Énergie

    Questions:

    1. Calculer la quantité de chaleur absorbée par la réaction :

    • Utilisez la formule de la capacité calorifique pour déterminer la quantité de chaleur absorbée par le calorimètre.
    • Calculez la chaleur absorbée par les réactifs A et B en utilisant leurs masses, chaleurs spécifiques et la différence de température.
    • Additionnez les quantités de chaleur pour obtenir la chaleur totale absorbée par la réaction.

    2. Vérifier la conservation de l’énergie :

    • En supposant que toute l’énergie absorbée par le système réactionnel est utilisée pour former le produit C, calculez la quantité de chaleur qui devrait être absorbée par le produit formé.
    • Comparez cette valeur avec la chaleur totale absorbée calculée précédemment.

    Correction : Étude de la Conservation de l’Énergie

    1. Calcul de la chaleur absorbée par la réaction

    Calcul de la chaleur absorbée par le calorimètre:

    La quantité de chaleur absorbée par le calorimètre peut être calculée à l’aide de la formule:

    \[ Q_{cal} = C \times \Delta T \]

    où \( C \) est la capacité calorifique du calorimètre et \( \Delta T \) est la différence de température.

    \[ Q_{cal} = 10.0 \, \text{J/°C} \times (35.0 \, \text{°C} – 25.0 \, \text{°C}) \] \[ Q_{cal} = 10.0 \, \text{J/°C} \times 10.0 \, \text{°C} \] \[ Q_{cal} = 100.0 \, \text{J} \]

    Calcul de la chaleur absorbée par les réactifs A et B:

    Part A:

    \[ Q_A = m_A \times c_A \times \Delta T \] \[ Q_A = 150 \, \text{g} \times 0.9 \, \text{J/g°C} \times (35.0 \, \text{°C} – 25.0 \, \text{°C}) \] \[ Q_A = 150 \, \text{g} \times 0.9 \, \text{J/g°C} \times 10.0 \, \text{°C} \] \[ Q_A = 1350.0 \, \text{J} \]

    Part B:

    \[ Q_B = m_B \times c_B \times \Delta T \] \[ Q_B = 100 \, \text{g} \times 1.2 \, \text{J/g°C} \times (35.0 \, \text{°C} – 25.0 \, \text{°C}) \] \[ Q_B = 100 \, \text{g} \times 1.2 \, \text{J/g°C} \times 10.0 \, \text{°C} \] \[ Q_B = 1200.0 \, \text{J} \]

    Chaleur totale absorbée par la réaction:

    \[ Q_{totale} = Q_{cal} + Q_A + Q_B \] \[ Q_{totale} = 100.0 \, \text{J} + 1350.0 \, \text{J} + 1200.0 \, \text{J} \] \[ Q_{totale} = 2650.0 \, \text{J} \]

    2. Vérification de la conservation de l’énergie

    Calcul de la chaleur absorbée par le produit C formé:

    \[ Q_C = m_C \times c_C \times \Delta T \] \[ Q_C = 240 \, \text{g} \times 1.1 \, \text{J/g°C} \times (35.0 \, \text{°C} – 25.0 \, \text{°C}) \] \[ Q_C = 240 \, \text{g} \times 1.1 \, \text{J/g°C} \times 10.0 \, \text{°C} \] \[ Q_C = 2640.0 \, \text{J} \]

    Comparaison des résultats:

    La chaleur totale absorbée par la réaction calculée est de \( 2650.0 \, \text{J} \), et la chaleur absorbée par le produit C est de \( 2640.0 \, \text{J} \).

    La différence entre ces deux valeurs est de \( 2650.0 \, \text{J} – 2640.0 \, \text{J} = 10.0 \, \text{J} \).

    Conclusion

    La différence de \( 10.0 \, \text{J} \) peut être attribuée aux approximations des valeurs de chaleur spécifique ou aux pertes d’énergie non prises en compte, comme la dissipation thermique.

    Ces résultats confirment globalement la conservation de l’énergie au sein du système réactionnel, montrant une légère variation due aux impondérables du système expérimental.

    Étude de la Conservation de l’Énergie

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