Chaleur de réaction et enthalpie

À propos de cette expérience

Explorez des profils d’enthalpie endothermiques et exothermiques tout en mesurant le réchauffement ou le refroidissement global. Déplacez une sonde de coordonnée réactionnelle, abaissez une barrière à l’aide d’un catalyseur et faites avancer indépendamment la quantité ayant réagi.

Objectifs pédagogiques

Distinguez l’enthalpie de réaction des barrières d’activation directe et inverse.
Vérifiez qu’un catalyseur modifie les barrières sans changer les enthalpies des états finaux.
Reliez l’enthalpie molaire et l’avancement de la réaction à la température du calorimètre.

Comment l’utiliser

1Examinez le début, le maximum et la fin d’un profil d’enthalpie exothermique.
2Suivez le profil catalysé et comparez les deux barrières d’activation.
3Terminez la conversion et calculez la chaleur absorbée par la solution isolée.
4Inversez le signe de l’enthalpie de réaction et comparez le refroidissement au réchauffement.

Le modèle

Δ H = H_{P} - H_{R}, E_{a, r} = E_{a, f} - Δ H

Le chemin réactionnel a les mêmes états aux extrémités avec ou sans le catalyseur du modèle.

q_{rxn} = ξ Δ H, q_{solution} = - q_{rxn}

L’avancement de la réaction multiplie l’enthalpie molaire de réaction.

T = T_{0} - \frac{1000 ξ Δ H}{m c _{p} + C _{cal}}

L’enthalpie est saisie en kJ par mole ; l’expression de température la convertit donc en joules.

Hypothèses

Le profil est un diagramme d’enthalpie lisse imposé, et non un calcul quantique de l’état de transition ni une trajectoire moléculaire. Son exploration est indépendante de la conversion globale.
La conversion est prescrite par l’horloge de commande ; aucune loi de vitesse, conversion à l’équilibre ni cinétique du catalyseur n’est déduite.
Le calorimètre est isolé, démarre à 20 °C et possède une capacité thermique massique constante de la solution de 4,18 J par gramme et par kelvin. Les variations du volume de réaction et de la masse de la solution sont négligées.

À essayer en classe

Q1Pourquoi la même chaleur de réaction entraîne-t-elle une élévation de température plus faible lorsqu’il y a davantage de solution ?
Q2Pourquoi la barrière inverse doit-elle changer lorsque les enthalpies des états aux extrémités changent ?

Foire aux questions

Le catalyseur peut-il modifier la chaleur finale du calorimètre pour un même taux de conversion ?

Non. Dans ce modèle, il ne modifie que la barrière du chemin réactionnel ; l’enthalpie des états aux extrémités et la chaleur correspondant à un avancement donné restent inchangées.

La bille mobile sur le chemin est-elle une molécule individuelle franchissant une barrière réelle ?

Non. Elle sert de sonde pour la courbe d’énergie schématique affichée. Le modèle n’attribue aucune probabilité au franchissement de la barrière.