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
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 quantité de chaleur absorbée par la réaction
Étape 1.1 : Calcul de la chaleur absorbée par le calorimètre
Formule utilisée :
\[ Q_{\text{cal}} = C_{\text{cal}} \times \Delta T \]
Données :
- \( C_{\text{cal}} = 10.0 \, \text{J/°C} \)
- Température initiale \( T_i = 25.0 \, °C \)
- Température finale \( T_f = 35.0 \, °C \)
- \(\Delta T = T_f – T_i = 35.0 – 25.0 = 10.0 \, °C\)
Calcul :
\[ Q_{\text{cal}} = 10.0 \, \text{J/°C} \times 10.0 \, °C \] \[ Q_{\text{cal}} = 100.0 \, \text{J}\]
Étape 1.2 : Calcul de la chaleur absorbée par les réactifs A et B
Pour chaque réactif, la chaleur absorbée se calcule avec la formule :
\[ Q = m \times c \times \Delta T \]
Pour le réactif A :
Données :
- \( m_A = 150 \, \text{g} \)
- \( c_A = 0.9 \, \text{J/g°C} \)
- \(\Delta T = 10.0 \, °C\)
Calcul :
\[ Q_A = 150 \, \text{g} \times 0.9 \, \text{J/g°C} \times 10.0 \, °C \] \[ Q_A = 150 \times 0.9 \times 10 \] \[ Q_A = 1350 \, \text{J} \]
Pour le réactif B :
Données :
- \( m_B = 100 \, \text{g} \)
- \( c_B = 1.2 \, \text{J/g°C} \)
- \(\Delta T = 10.0 \, °C\)
Calcul :
\[ Q_B = 100 \, \text{g} \times 1.2 \, \text{J/g°C} \times 10.0 \, °C \] \[ Q_B = 100 \times 1.2 \times 10 \] \[ Q_B = 1200 \, \text{J} \]
Étape 1.3 : Calcul de la chaleur totale absorbée par le système réactionnel
Additionnons la chaleur absorbée par le calorimètre et par les réactifs :
\[ Q_{\text{total}} = Q_{\text{cal}} + Q_A + Q_B \] \[ Q_{\text{total}} = 100.0 \, \text{J} + 1350 \, \text{J} + 1200 \, \text{J} \] \[ Q_{\text{total}} = 2650 \, \text{J} \]
Résultat de l’étape 1 :
La quantité de chaleur absorbée par la réaction est de 2650 J.
2. Vérification de la conservation de l’énergie
On suppose que toute l’énergie absorbée par le système est utilisée pour chauffer le produit formé, le composé C. On va donc calculer la chaleur que le produit C aurait dû absorber.
Formule utilisée :
\[ Q_C = m_C \times c_C \times \Delta T \]
Données pour le composé C :
- \( m_C = 240 \, \text{g} \)
- \( c_C = 1.1 \, \text{J/g°C} \)
- \(\Delta T = 10.0 \, °C\)
Calcul :
\[ Q_C = 240 \, \text{g} \times 1.1 \, \text{J/g°C} \times 10.0 \, °C \] \[ Q_C = 240 \times 1.1 \times 10 \] \[ Q_C = 2640 \, \text{J} \]
Comparaison :
- Chaleur totale absorbée par le système (calculée précédemment) : 2650 J
- Chaleur absorbée par le produit C (calculée) : 2640 J
Les deux valeurs sont très proches (la différence de 10 J peut s’expliquer par des arrondis ou des imprécisions expérimentales). Cela confirme que, dans l’hypothèse où toute l’énergie absorbée est utilisée pour former le produit, la conservation de l’énergie est respectée.
Étude de la Conservation de l’Énergie
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