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Réactions endo/exothermiques

Rappels et convention

• Le système chimique {S} est constitué du milieu réactionnel et les énergies (chaleurs Q) sont comptées positives si elles sont reçues par {S}, négatives dans le cas contraire.
• Une solution thermiquement isolée n’échange pas de chaleur avec l’extérieur.
• Conséquences :
  • si le système {S} reçoit de la chaleur, Q>0, alors cette chaleur est “prise” à l’extérieur (le solvant en fait partie!) dont la température baisse. La réaction est endothermique (endo = vers l’intérieur “du système”)
  • réciproquement, si le système cède de la chaleur, Q<0, alors cette chaleur est fournie à l’extérieur dont la température augmente. La réaction est exothermique (exo = vers l’extérieur “du système”)
• Chaleur reçue : Q(J) = m(kg) x c(J/kg/°C) x (θ_f(°C) - θ_i(°C)) avec :
  • m : masse de la solution composée en masse quasi exclusivement du solvant,
  • c : capacité thermique massique de la solution (solvant)
  • θ_f et θ_i températures finale et initiale.

Expériences

Interprétations

• Expérience 1 : 25mL de solution d’acide chlorhydrique (H₃O⁺+Cl^-)_aq à c_ma = 54,5 g/L mélangée à t = 0 avec 30mL d’hydroxyde de sodium (Na⁺+HO^-)_aq en solution à c_mb = 30,0 g/L

  • réaction exothermique de 22°C à 27,2°C
  • Q_solv = 1195J reçue par le solvant
  • Q = -1195J reçue par le système réactionnel (ions)
  • équation de réaction : $\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{\phantom{X}}_{\mathrm{a}\mathrm{q}}^{+}+\mathrm{H}\mathrm{O}{\phantom{X}}_{\mathrm{a}\mathrm{q}}^{-}\stackrel{}{\to }2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}{}_{(\mathrm{l})}$
  • n_a = 0,025mol > n_b = 0,0225mol, l’acide est en excès, la soude est le réactif limitant.

• Expérience 2 : 25mL de solution d’acide chlorhydrique (H₃O⁺+Cl^-)_aq à c_ma = 54,5 g/L mélangée à t = 0 avec m_b = 1,00g d’hydrogénocarbonate de sodium NaHCO₃ solide (poudre).

  • réaction endothermique de 22°C à 19,8°C
  • Q_solv = -230J reçue par le solvant
  • Q = +230J reçue par le système réactionnel (ions)
  • équation de réaction : $\mathrm{H}{}_3\mathrm{O}{\phantom{X}}_{\mathrm{a}\mathrm{q}}^{+}+\mathrm{N}\mathrm{a}\mathrm{H}\mathrm{C}\mathrm{O}{}_3{}_{(\mathrm{s})}\stackrel{}{\to }\mathrm{N}\mathrm{a}{\phantom{X}}_{\mathrm{a}\mathrm{q}}^{+}+\mathrm{C}\mathrm{O}{}_2{}_{(\mathrm{g})}+2\mathrm{H}{}_2\mathrm{O}{}_{(\mathrm{l})}$
  • n_a = 0,025mol > n_b = 0,0119mol, l’acide est en excès, la soude est le réactif limitant (stoechiométrique pour m_b = 2,10g).