Année Scolaire 2016-2017 TPC2 Chimie

Lycée Jean Mermoz

Règles de sécurité usuelles : blouse, lunettes de protection, pas de lentilles de contact, cheveux

longs attachés, jambes couvertes, chaussures fermées.

La calorimétrie peut être utilisée pour deux finalités :

− déterminer une enthalpie de réaction,

− réaliser un dosage.

On propose dans ce TP d'illustrer ces deux utilisations à travers deux manipulations :

− le dosage de l'acide phosphorique par la soude, avec détermination des enthalpies standard des

différentes réactions du titrage.

− la détermination de l'enthalpie de décomposition de l'eau oxygénée.

1. Détermination de la valeur en eau du calorimètre

Définition :

En calorimétrie la valeur en eau du calorimètre est la masse d'eau fictive qui a la même capacité

thermique que le calorimètre. On a donc

Ccal = μ × ceau

Détermination du moment thermodynamique

Les calculs de transferts thermiques sont effectués par des mesures de température. Dans un calorimètre

rigoureusement adiabatique, après la réaction, la température reste constante, ce qui n’est pas le cas pour

le calorimètre utilisé ici. Il est le siège de fuites thermiques. Ceci se traduit par une déviation des

températures mesurées par rapport à la valeu

thermodynamique » de la réaction chimique, il faut donc extrapoler, à t = 0, les mesures de température au

cours du temps (avant et après la réaction).

TP 3 : Calorimétrie

Règles de sécurité usuelles : blouse, lunettes de protection, pas de lentilles de contact, cheveux

longs attachés, jambes couvertes, chaussures fermées.

La calorimétrie peut être utilisée pour deux finalités :

enthalpie de réaction,

On propose dans ce TP d'illustrer ces deux utilisations à travers deux manipulations :

le dosage de l'acide phosphorique par la soude, avec détermination des enthalpies standard des

age.

la détermination de l'enthalpie de décomposition de l'eau oxygénée.

Détermination de la valeur en eau du calorimètre

En calorimétrie la valeur en eau du calorimètre est la masse d'eau fictive qui a la même capacité

calorimètre. On a donc

avec ceau la capacité calorifique massique de l'eau.

Détermination du moment thermodynamique :

Les calculs de transferts thermiques sont effectués par des mesures de température. Dans un calorimètre

rigoureusement adiabatique, après la réaction, la température reste constante, ce qui n’est pas le cas pour

le calorimètre utilisé ici. Il est le siège de fuites thermiques. Ceci se traduit par une déviation des

températures mesurées par rapport à la valeur constante. Pour connaître les températures « au moment

thermodynamique » de la réaction chimique, il faut donc extrapoler, à t = 0, les mesures de température au

cours du temps (avant et après la réaction).

TP 3

1

Règles de sécurité usuelles : blouse, lunettes de protection, pas de lentilles de contact, cheveux

On propose dans ce TP d'illustrer ces deux utilisations à travers deux manipulations :

le dosage de l'acide phosphorique par la soude, avec détermination des enthalpies standard des

En calorimétrie la valeur en eau du calorimètre est la masse d'eau fictive qui a la même capacité

la capacité calorifique massique de l'eau.

Les calculs de transferts thermiques sont effectués par des mesures de température. Dans un calorimètre

rigoureusement adiabatique, après la réaction, la température reste constante, ce qui n’est pas le cas pour

le calorimètre utilisé ici. Il est le siège de fuites thermiques. Ceci se traduit par une déviation des

r constante. Pour connaître les températures « au moment

thermodynamique » de la réaction chimique, il faut donc extrapoler, à t = 0, les mesures de température au

Année Scolaire 2016-2017 TP 3 TPC2 Chimie

Lycée Jean Mermoz 2

Réalisation expérimentale : (protocole à retenir)

• Introduire entre 140 et 160 grammes (précisément) d'eau dans le calorimètre. La masse exacte sera

déterminée en pesant le calorimètre vide, puis avec l’eau.

• Au bout de 2 minutes lire soigneusement la température dans le calorimètre.

• Peser une masse d'eau chaude d'environs 150 g. Prendre sa température, l'introduire

immédiatement dans le calorimètre, et déclencher le chronomètre.

• Prendre la température toutes les minutes pendant 5 minutes.

• Repeser le calorimètre pour déterminer la masse d’eau chaude effectivement introduite.

→ Compte-rendu : consigner les quantités utilisées, les résultats obtenus (tableau de valeurs + graphe) et

l'exploitation permettant de déterminer μ.

A l’aide du logiciel GUM_MC, déterminez l’intervalle de confiance à 95 % pour la valeur de µ. Vous

expliquerez comment vous utilisez le logiciel (valeurs entrées dans le logiciel et justification).

Données :

Masse volumique de l'eau : 1,00 g.ml-1

Capacité calorifique massique de l'eau : 4,18 J.K-1

.g-1

.

2. Dosage calorimétrique de l'acide phosphorique par de la soude

• Introduire dans le calorimètre V0 = 100 mL de solution d'acide phosphorique à 0,25 mol.L-1

.

• Laisser le système s'équilibrer et noter la température initiale T0.

• Ajouter la soude 4 mol.L-1

par quantité de 0,5 mL (burette), jusqu'à 25 mL. On note V le volume

total de soude ajouté. Lors de chaque ajout, agiter 15 s puis noter la température T.

• Tracer la courbe T = f(V).

→ Compte-rendu : consigner les résultats obtenus et utiliser ces résultats pour répondre aux questions de

l'exercice expérimental associé à cette manipulation.

Questions :

1. Ecrire les réactions de dosage se produisant.

2. Exploiter le dosage, c'est à dire déterminer la concentration en acide phosphorique. (On précise que

les réactions acido-basiques sont toujours exothermiques).

3. Pour la première réaction de dosage montrer que, à un instant quelconque on a :

� = �� −���°��

� + ������ + �������

avec ρeau la masse volumique de l'eau et ���° l'enthalpie standard de réaction de la première

réaction de dosage. Enoncer les hypothèses réalisées pour établir cette expression.

4. A l'aide d'une approximation que l'on justifiera, déterminer ���°.

5. Par analogie, montrer que pour les autres réactions de dosage l'évolution de la température avec le

volume est aussi une relation affine.

6. Rappeler en justifiant l'allure de la courbe de dosage pH-métrique de l'acide phosphorique. Quel est

l'intérêt de la calorimétrie par rapport à la pH-métrie ?

Données :

Valeurs de pKa de l’acide phosphorique : pKa1 = 2,15 ; pKa2 = 7,20 ; pKa3 = 12,42.

Année Scolaire 2016-2017 TPC2 Chimie

Lycée Jean Mermoz

3. Décomposition de l’eau oxygénée

• Introduire dans le calorimètre

d'eau oxygénée à 10 volumes.

• Ajouter 10 mL d'une solution de nitrate de fer (III) de concentration 0,5 mol.L

température toutes les 30 secondes pendant

• Tracer la courbe T = f(t).

→ Compte-rendu : consigner les résultats obtenus et

réaction s’étant produite. Vous préciserez

amenés à faire pour mener à bien ce calcul

Données à 298 K :

�°�����/����� = 0,77V�#�°

Document : Eau oxygénée

Une eau oxygénée à 10 volumes signifie qu'un litre de cette eau oxygénée est susceptible de libérer 10 L

de dioxygène par dismutation à 25 °C.

On donne le diagramme E-pH de l'eau oxygénée construit pour une concentration en eau oxygénée sous

toutes ses formes de 1 mol.L-1

, une pression en dioxygène de 1 bar.

E°(H2O2/H2O) = 1,77 V E°(O

Décomposition de l’eau oxygénée

dans le calorimètre (préalablement vidé et rincé après l’expérience précédente)

d'eau oxygénée à 10 volumes. Noter la température après équilibrage avec le calorimètre

10 mL d'une solution de nitrate de fer (III) de concentration 0,5 mol.L

toutes les 30 secondes pendant 8 minutes.

: consigner les résultats obtenus et les exploiter pour déterminer l’enthalpie standard de la

Vous préciserez le rôle du nitrate de fer (III) ainsi que les hypothèses que vous serez

amenés à faire pour mener à bien ce calcul, et vous comparerez le résultat à la valeur théorique calculée.

°���$��%�� = −187,8kJ. mol.�#�°���$�

10 volumes signifie qu'un litre de cette eau oxygénée est susceptible de libérer 10 L

par dismutation à 25 °C.

pH de l'eau oxygénée construit pour une concentration en eau oxygénée sous

une pression en dioxygène de 1 bar.

E°(O2/H2O2) = 0,68 V pKa (H2O2/HO2-) = 12

TP 3

3

(préalablement vidé et rincé après l’expérience précédente) 50 mL

la température après équilibrage avec le calorimètre.

10 mL d'une solution de nitrate de fer (III) de concentration 0,5 mol.L-1

. Relever la

pour déterminer l’enthalpie standard de la

les hypothèses que vous serez

, et vous comparerez le résultat à la valeur théorique calculée.

�%�� = −285,8kJ. mol.

10 volumes signifie qu'un litre de cette eau oxygénée est susceptible de libérer 10 L

pH de l'eau oxygénée construit pour une concentration en eau oxygénée sous

) = 12