À propos de cette expérience
Ajoutez un solide dans un calorimètre de type gobelet à café et comparez le réchauffement au refroidissement. L’instrument relie l’avancement de la dissolution à une température mesurée, au lieu de traiter la température elle-même comme de la chaleur. Faites varier l’agitation, la capacité thermique du gobelet et les échanges thermiques pour voir pourquoi une lecture tardive du thermomètre peut ne pas refléter la variation de température adiabatique.
Objectifs pédagogiques
- Distinguez la dissolution exothermique de la dissolution endothermique.
- Calculez la chaleur stockée dans la solution et dans le calorimètre.
- Tenez compte des échanges thermiques avec la pièce lors d’une mesure de la température en fonction du temps.
Comment l’utiliser
- 1Ajoutez du chlorure de calcium anhydre et enregistrez la courbe initiale de réchauffement.
- 2Répétez l’expérience avec du chlorure d’ammonium et comparez le signe de la variation de température.
- 3Réglez le transfert thermique avec la pièce sur zéro et comparez la température finale à la prévision adiabatique.
- 4Augmentez les échanges thermiques, prolongez l’expérience et expliquez pourquoi la température revient vers celle de la pièce même après la dissolution complète.
Le modèle
Hypothèses
- Les enthalpies de dissolution fixes et arrondies sont de −81,3 kJ/mol pour le CaCl₂ anhydre et de +14,8 kJ/mol pour le NH₄Cl ; les masses molaires sont de 110,98 et 53,49 g/mol. Les hydrates et la dépendance à la concentration sont exclus.
- L’ensemble du mélange a une capacité thermique massique de 4,18 J/(g·K), à laquelle s’ajoute la capacité thermique du gobelet choisi. Le liquide et le gobelet partagent une température uniforme et commencent à la température ambiante.
- La fraction dissoute est égale à 1 moins exp(-kt), où k = 0,025 multiplié par (1 plus le réglage d’agitation) par seconde. L’échange thermique de Newton utilise la conductance sélectionnée. La solution couplée de température est analytique et les signes du transfert thermique sont conservés.
À essayer en classe
- Q1Pourquoi la variation de température seule ne suffit-elle pas à comparer la chaleur pour différentes masses d’eau ?
- Q2Pourquoi un processus endothermique peut-il avoir un transfert thermique négatif vers la pièce ?
Foire aux questions
Pourquoi le même sel entraîne-t-il des variations de température différentes selon les masses d’eau ?
La chaleur libérée ou absorbée est répartie sur une capacité thermique totale différente.
Pourquoi le transfert de chaleur vers la pièce est-il parfois négatif ?
Lorsque la dissolution endothermique refroidit la tasse en dessous de la température ambiante, la pièce fournit de la chaleur à la tasse. La chaleur signée quittant la tasse est donc négative.