Chimie, secondaire 5 à Montréal • Thermochimie

Fiche de révision : les problèmes de thermochimie (chimie, secondaire 5)

Q: Faut-il tenir compte du calorimètre dans un bilan thermique ?

Oui, dès que l'énoncé donne sa capacité thermique. Le calorimètre se réchauffe en même temps que son contenu et absorbe donc une part de l'énergie. L'ignorer sous-estime l'enthalpie d'environ dix pour cent, une erreur trop petite pour se voir sur l'ordre de grandeur et trop grande pour être acceptée. La donnée n'est jamais décorative.

Q: Comment calculer l'énergie pour passer de la glace à la vapeur ?

Découpez le parcours en cinq étapes : chauffer la glace, la faire fondre, chauffer l'eau liquide, la vaporiser, puis chauffer la vapeur. Utilisez la chaleur massique de chaque phase pour les trois étapes où la température change, et la chaleur latente pour les deux paliers. Additionnez ensuite les cinq valeurs. La vaporisation représente à elle seule environ les trois quarts du total.

Q: La température finale d'un mélange est-elle la moyenne des deux ?

Seulement si les deux masses sont égales. Sinon, c'est une moyenne pondérée par les masses, et la température finale se rapproche de celle du corps le plus lourd. Mélanger cent grammes à quatre-vingts degrés avec deux cents grammes à vingt degrés donne quarante degrés, et non cinquante comme le suggérerait la moyenne simple.

Q: Quelle est la différence entre une chaleur massique et une capacité thermique ?

La chaleur massique s'exprime en joules par gramme et par degré : elle décrit une substance, et il faut la multiplier par une masse. La capacité thermique d'un calorimètre s'exprime en joules par degré seulement : elle décrit un objet entier, et il ne faut surtout pas la multiplier par une masse. L'unité de la donnée dit laquelle vous avez sous les yeux.

Q: Pourquoi l'énergie d'activation inverse est-elle plus grande pour une réaction exothermique ?

Parce que la réaction inverse doit d'abord remonter toute la dénivellation que la réaction directe avait descendue, puis franchir la barrière par-dessus. Sa barrière vaut donc l'énergie d'activation directe moins le delta H, qui est négatif : la soustraction d'un nombre négatif augmente le résultat. C'est aussi pourquoi les réactions très exothermiques sont difficiles à renverser.

Q: Pourquoi la température ne monte-t-elle pas pendant la fusion ?

Parce que toute l'énergie fournie sert à briser les liaisons qui maintiennent le réseau du solide, et non à augmenter l'agitation des molécules. Or c'est cette agitation que mesure le thermomètre. Tant qu'il reste de la glace, la température du mélange reste bloquée à zéro degré, même si le chauffage continue à plein régime.

Les problèmes de thermochimie ne posent aucune difficulté de calcul : ce sont des additions. La difficulté est de n'oublier AUCUN terme, et c'est exactement ce que l'examen vient chercher, en glissant un calorimètre ou un changement d'état au milieu de l'énoncé. Cette fiche donne la méthode de découpage qui rend l'oubli impossible.

Elle s'adresse aux élèves de chimie de secondaire 5 qui ont déjà vu les formules de base et veulent passer aux problèmes à plusieurs étapes. Une fois la fiche lue, la série d'exercices corrigés du même chapitre met chaque réflexe à l'épreuve.

Le fil du chapitre

Un problème de thermochimie est une COMPTABILITÉ : dans un système isolé, la somme algébrique de toutes les chaleurs échangées vaut zéro. Ce qui coûte des points n'est presque jamais le calcul, c'est un terme oublié dans le bilan, le calorimètre ou un palier de changement d'état.

Ce chapitre fait partie de Chimie de cinquième secondaire

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

L'aspect énergétique des transformations Fiche

Remonter plus loin : la chaîne complète (2 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

Notions couvertes

Système isolé
Équilibre thermique
Calorimétrie
Capacité thermique d'un calorimètre
Chaleur sensible
Chaleur latente
Courbe de chauffage
Chaleur de neutralisation
Loi de Hess
Enthalpie de réaction
Énergie d'activation
Rendement énergétique

L'essentiel

La comptabilité d'un système isolé

• Dans un calorimètre bien fermé, la somme ALGÉBRIQUE de toutes les chaleurs échangées vaut zéro : $\sum q=0$ .
• Ce que l'un perd, les autres le gagnent. Un $q$ négatif signale une perte, un $q$ positif un gain.
• Les participants possibles : l'eau, le soluté, le métal plongé, la réaction, ET le calorimètre lui-même.
• La température finale d'un mélange n'est PAS la moyenne des deux, sauf si les masses sont égales : elle se rapproche de celle du corps le plus LOURD.
• Deux corps en contact finissent toujours à la MÊME température finale : c'est ce qui donne l'équation.

Deux masses d'eau finissent à la MÊME température : ce que la chaude perd, la froide le gagne, et l'équilibre se place à

40

°C, donc plus près du corps le plus LOURD.

Écrivez la liste des participants AVANT le premier calcul, un par ligne, chacun avec sa masse et sa chaleur massique. Un terme absent de cette liste ne réapparaîtra jamais.

Découper un parcours en étapes

• Chaleur SENSIBLE, la température change : $q=mc\Delta T$ , avec le $c$ de la PHASE en cours.
• Chaleur LATENTE, la température est bloquée : $q=mL$ , avec $L_{fusion}=334$ J/g et $L_{vaporisation}=2260$ J/g pour l'eau.
• Chaleurs massiques en J/(g·°C) : glace $2{,}09$ , eau liquide $4{,}19$ , vapeur $2{,}03$ .
• Un parcours de la glace à la vapeur compte CINQ étapes : chauffer la glace, fondre, chauffer l'eau, vaporiser, chauffer la vapeur.
• L'étape de vaporisation pèse à elle seule les trois quarts de l'énergie du parcours.

Le nombre d'étapes se compte sur la courbe de chauffage : autant de segments que d'étapes, paliers compris. Un dessin rapide vaut mieux qu'une liste de tête.

Le calorimètre, l'énergie d'activation et le rendement

• Capacité thermique d'un calorimètre : $C$ , en J/°C, SANS masse au dénominateur. Il absorbe $q=C\Delta T$ .
• Si l'énoncé donne $C$ , c'est qu'il faut s'en servir : ce n'est jamais une donnée décorative.
• Une enthalpie s'exprime PAR MOLE : après avoir trouvé $q$ en joules, on divise toujours par la quantité qui a réagi.
• Sur un diagramme énergétique, $E_{a}(\text{inverse})=E_{a}(\text{directe})-\Delta H$ , et les deux restent positives.
• Rendement $\eta=\frac{\text{énergie utile}}{\text{énergie fournie}}$ , toujours inférieur à $1$ .

Un calorimètre en polystyrène a une capacité de quelques dizaines de J/°C, ce qui déplace le résultat de $5$ à $15$ %. C'est trop pour être négligé, et trop peu pour se voir sur l'ordre de grandeur.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Ignorer le calorimètre alors que sa capacité est donnée

toute la question, 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $q=mc\Delta T=200\times 4{,}19\times 6{,}5=5447$ J, donc $\Delta H=-54{,}5$ kJ/mol. »

Ce qu'il faut écrire

« Le calorimètre absorbe aussi : $q=(mc+C)\Delta T=(838+100)\times 6{,}5=6097$ J, donc $\Delta H=-61{,}0$ kJ/mol. »

Négliger le calorimètre donne

-54{,}5

kJ/mol au lieu de

-61{,}0

: une erreur de

11

%, toujours dans le même sens, celui d'une enthalpie sous-estimée.

Pourquoi : L'erreur ne fait que $11$ % et va toujours dans le même sens, celui d'une enthalpie sous-estimée : rien dans le résultat ne la signale. Seule la relecture des données la rattrape.

2. Sauter un palier de changement d'état

toute la question, et la réponse est six fois trop petite

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Pour passer de la glace à $-20$ °C à la vapeur à $120$ °C, il faut $q=mc\Delta T$ sur $140$ °C. »

Ce qu'il faut écrire

« Le parcours compte CINQ étapes, dont deux paliers : $4{,}18+33{,}4+41{,}9+226+4{,}06=310$ kJ pour $100$ g. »

Oublier les deux paliers de changement d'état ne laisse que

50

kJ sur les

310

nécessaires : la réponse est six fois trop petite, sans qu'aucune unité ne le signale.

Pourquoi : Les deux paliers pèsent $259$ kJ sur les $310$ du parcours. Les oublier ne laisse que les chaleurs sensibles, et pourtant l'unité et le signe restent corrects : rien ne prévient.

3. Utiliser la chaleur massique de l'eau pour de la glace

2 points, plus l'effet en cascade sur le total

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Chauffer $100$ g de glace de $-20$ à $0$ °C : $q=100\times 4{,}19\times 20=8380$ J. »

Ce qu'il faut écrire

« La glace a sa propre chaleur massique : $q=100\times 2{,}09\times 20=4180$ J, soit deux fois moins. »

Pourquoi : Chaque phase a sa chaleur massique parce que les molécules n'y stockent pas l'énergie de la même façon. La glace et la vapeur chauffent environ deux fois plus vite que l'eau liquide, à énergie égale.

4. Traiter la capacité d'un calorimètre comme une chaleur massique

toute la question, et la réponse est 80 fois trop grande

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $C=45$ J/°C et le calorimètre pèse $80$ g, donc $q=80\times 45\times \Delta T$ . »

Ce qu'il faut écrire

« $C$ est déjà une capacité TOTALE, en J/°C, et non une capacité par gramme : $q=C\Delta T=45\Delta T$ , sans masse. »

Pourquoi : L'unité le dit : des J/(g·°C) réclament une masse, des J/°C n'en réclament pas. Lire l'unité de la donnée avant de la placer dans une formule évite cette erreur à coup sûr.

5. Prendre la moyenne des deux températures pour un mélange

toute la question, 4 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« On mélange $100$ g à $80$ °C et $200$ g à $20$ °C, donc $T_{f}=\frac{80+20}{2}=50$ °C. »

Ce qu'il faut écrire

« $T_{f}=\frac{m_{1}T_{1}+m_{2}T_{2}}{m_{1}+m_{2}}=\frac{8000+4000}{300}=40$ °C : la moyenne PONDÉRÉE, tirée vers le corps le plus lourd. »

Pourquoi : La moyenne simple ne serait juste que si les deux masses étaient égales. Ici le corps froid est deux fois plus lourd, donc il impose davantage la température finale.

6. Additionner les enthalpies de Hess sans vérifier la simplification

toute la question, 6 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« J'ai quatre équations et quatre valeurs de $\Delta H$ : j'additionne les quatre et je réponds. »

Ce qu'il faut écrire

« J'additionne d'abord les ÉQUATIONS manipulées, je barre les intermédiaires, et je vérifie que je retombe exactement sur la cible. C'est seulement alors que j'additionne les $\Delta H$ . »

Pourquoi : La somme des enthalpies n'a de sens que si la somme des équations donne la cible. Sans la vérification par simplification, une équation non retournée passe inaperçue jusqu'au bout.

7. Inverser le numérateur et le dénominateur d'un rendement

2 points, mais c'est surtout un signal d'alarme ignoré

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le chauffe-eau consomme $900$ kJ et en transmet $675$ à l'eau, donc $\eta=\frac{900}{675}=133$ %. »

Ce qu'il faut écrire

« $\eta=\frac{\text{utile}}{\text{fourni}}=\frac{675}{900}=75$ %. L'énergie utile est toujours une PARTIE de l'énergie fournie. »

Pourquoi : Un rendement supérieur à $100$ % voudrait dire que l'appareil fabrique de l'énergie. Ce seul contrôle rattrape l'inversion à chaque fois.

8. Se tromper de signe dans l'énergie d'activation inverse

toute la question, 3 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $E_{a}=80$ kJ et $\Delta H=-60$ kJ, donc $E_{a}(\text{inverse})=80-60=20$ kJ. »

Ce qu'il faut écrire

« $E_{a}(\text{inverse})=E_{a}-\Delta H=80-(-60)=140$ kJ. Une réaction exothermique est PLUS dure à inverser, pas moins. »

Pourquoi : Le sens physique tranche sans calcul : si la réaction directe descend de $60$ kJ, la réaction inverse doit remonter ces $60$ kJ EN PLUS de franchir la barrière. Son énergie d'activation est donc forcément plus grande.

Quelle méthode choisir

Découper un problème en étapes

Suivez la matière du début à la fin de l'énoncé et changez d'étape à CHAQUE fois que la température se met à bouger ou s'arrête de bouger.

Si la température CHANGE dans une seule phase → une étape, $q=mc\Delta T$ avec le $c$ de cette phase

Exemple : glace de $-20$ à $0$ °C : $100\times 2{,}09\times 20=4180$ J

changer de phase impose de changer de $c$ : c'est l'erreur la plus fréquente du découpage
Si la température STAGNE à $0$ °C ou à $100$ °C → une étape de chaleur latente, $q=mL$

Exemple : fondre $100$ g de glace : $100\times 334=33\,400$ J
Si plusieurs corps échangent SANS changement d'état → une seule équation : $\sum q=0$ , avec la même $T_{f}$ inconnue pour tous

Exemple : $100$ g à $80$ °C et $200$ g à $20$ °C donnent $T_{f}=40$ °C
Si l'énoncé donne une CAPACITÉ de calorimètre → ajouter le terme $C\Delta T$ au bilan, sans masse

Exemple : $(838+100)\times 6{,}5=6097$ J au lieu de $5447$
Si l'énoncé demande une enthalpie MOLAIRE → après le bilan en joules, diviser par la quantité de matière qui a réagi

Exemple : $-6097$ J pour $0{,}100$ mol donnent $-61{,}0$ kJ/mol

Dessinez la courbe de chauffage à main levée avant de calculer : chaque segment est une étape, et le nombre de segments donne le nombre de termes à additionner.

Qui perd et qui gagne

Repérez l'objet le plus CHAUD au départ, puis attribuez un signe à chaque terme du bilan.

Si l'objet se REFROIDIT entre l'état initial et final → $\Delta T<0$ donc $q<0$ : il PERD de l'énergie

Exemple : l'eau chaude : $100\times 4{,}19\times(40-80)=-16\,760$ J
Si l'objet se RÉCHAUFFE → $\Delta T>0$ donc $q>0$ : il GAGNE de l'énergie

Exemple : l'eau froide : $200\times 4{,}19\times(40-20)=+16\,760$ J
Si une RÉACTION se produit et le milieu chauffe → $q_{r\acute{e}action}=-q_{milieu}$ , donc $\Delta H<0$ , exothermique

Exemple : $q_{milieu}=+6097$ J donne $\Delta H=-61{,}0$ kJ/mol
Si le CALORIMÈTRE est en jeu → il suit la même température que le contenu : son $q$ a le même signe que celui du liquide

Exemple : si l'eau se réchauffe de $6{,}5$ °C, le calorimètre aussi

Le contrôle final est toujours le même : additionnez tous vos $q$ signés, la somme doit valoir zéro. Si elle ne vaut pas zéro, il manque un participant à la liste.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Un bilan thermique à plusieurs étapes

Quand l'utiliser : L'énoncé fait franchir une température de changement d'état, ou demande l'énergie d'un parcours complet.

1 Dessiner la courbe de chauffage à main levée et NUMÉROTER les segments.
2 Pour chaque segment, écrire la formule choisie et pourquoi : « segment 2, palier de fusion, donc $q=mL$ ».
3 Calculer chaque $q$ séparément, en gardant les valeurs intermédiaires.
4 Additionner, puis convertir en kilojoules en divisant par $1000$ .
5 Vérifier que l'étape de vaporisation domine le total : c'est presque toujours le cas.
6 Conclure par une phrase avec la valeur et l'unité.

Phrase de conclusion

« Il faut $310$ kJ pour transformer $100$ g de glace à $-20$ °C en vapeur à $120$ °C. »

Le piège : Additionner mentalement au fur et à mesure sans garder les valeurs intermédiaires. Une erreur devient alors impossible à localiser, et le correcteur ne peut rien créditer.

Barème : 1 point pour le découpage en cinq étapes, 3 points pour les cinq chaleurs, 1 point pour la somme, 1 point pour la phrase et l'unité.

Déterminer la constante d'un calorimètre

Quand l'utiliser : L'énoncé mélange deux masses d'eau à des températures connues et donne une température finale plus basse que la moyenne pondérée.

1 Calculer la température finale THÉORIQUE, celle qu'on aurait sans calorimètre, par la moyenne pondérée.
2 Constater l'écart avec la température mesurée et dire d'où il vient : le calorimètre a absorbé une part de la chaleur.
3 Écrire le bilan complet : $q_{chaude}+q_{froide}+q_{calorim\grave{e}tre}=0$ .
4 Isoler $q_{calorim\grave{e}tre}$ , puis diviser par le $\Delta T$ subi par le calorimètre, c'est-à-dire celui de l'eau froide.
5 Conclure en donnant $C$ en J/°C, sans masse.

Phrase de conclusion

« Le calorimètre a absorbé $1257$ J en s'échauffant de $28{,}5$ °C : sa capacité thermique vaut $C=44$ J/°C. »

Le piège : Diviser par le mauvais $\Delta T$ . Le calorimètre part de la température du contenu FROID, pas de celle du contenu chaud ni d'une moyenne.

Barème : 1 point pour la température théorique, 1 point pour le diagnostic de l'écart, 2 points pour le bilan complet, 1 point pour l'isolation, 1 point pour l'unité en J/°C.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

La somme des chaleurs signées vaut-elle zéro

Additionnez tous vos $q$ avec leurs signes. Dans un système isolé, la somme doit être nulle. Si elle ne l'est pas, un participant manque à la liste.

$-16\,760+16\,760=0$ pour un mélange de deux eaux. Un résidu de $1257$ J est exactement la part du calorimètre.
La température finale est-elle encadrée

Une température d'équilibre est toujours comprise STRICTEMENT entre les deux températures de départ, et plus proche de celle du corps le plus lourd.

Un $T_{f}=85$ °C pour un mélange de $80$ °C et de $20$ °C est impossible ; un $T_{f}=40$ °C, plus proche du froid qui est deux fois plus lourd, est cohérent.
La vaporisation domine-t-elle le total

Dans tout parcours de la glace à la vapeur, l'étape de vaporisation doit peser au moins les deux tiers du total. Si ce n'est pas le cas, un terme est faux.

$226$ kJ sur $310$ , soit $73$ %. Une vaporisation qui pèserait $20$ % signale un $L$ confondu avec celui de la fusion.
L'unité de la donnée avant de la placer

Des J/(g·°C) exigent une masse dans la formule, des J/°C n'en veulent pas, des J/g exigent une masse mais pas de $\Delta T$ . Relisez l'unité avant chaque substitution.

Une capacité de calorimètre multipliée par une masse gonfle la réponse d'un facteur égal à cette masse, sans aucun autre signe d'erreur.
Le rendement et le signe de l'enthalpie

Un rendement doit tomber entre $0$ et $1$ , et le signe du $\Delta H$ doit correspondre au sens de variation du thermomètre.

Un rendement de $133$ % vient toujours d'une inversion entre l'utile et le fourni ; un $\Delta H$ positif pour un milieu qui chauffe vient d'une phrase de transfert oubliée.

L'exercice type décortiqué

De la glace à la vapeur, le parcours complet

On chauffe $100$ g de glace initialement à $-20$ °C jusqu'à obtenir de la vapeur d'eau à $120$ °C, sous pression atmosphérique.

Données, en J/(g·°C) : glace $2{,}09$ , eau liquide $4{,}19$ , vapeur $2{,}03$ . Chaleurs latentes de l'eau, en J/g : fusion $334$ , vaporisation $2260$ .

Calculez l'énergie totale nécessaire, puis la part de cette énergie consommée par la seule vaporisation.

La vaporisation consomme à elle seule

226

kJ sur les

310

du parcours, soit

73

% : c'est le palier le plus coûteux, et celui qu'on oublie le plus souvent.

Étape 1

Découpage : cinq étapes. Chauffer la glace jusqu'à $0$ °C, la fondre, chauffer l'eau jusqu'à $100$ °C, la vaporiser, chauffer la vapeur jusqu'à $120$ °C.

Pourquoi

Le découpage est la seule étape qui contienne du raisonnement, et c'est celle qui rapporte le plus de points. Une fois posé, le reste n'est plus que de l'arithmétique.

Étape 2

Étape 1, glace de $-20$ à $0$ °C : $q_{1}=mc\Delta T=100\times 2{,}09\times 20=4180$ J.

Pourquoi

On prend la chaleur massique de la GLACE, pas celle de l'eau. Utiliser $4{,}19$ ici doublerait ce terme, et cette erreur se propage sans laisser de trace.

Étape 3

Étape 2, fusion à $0$ °C : $q_{2}=mL_{f}=100\times 334=33\,400$ J.

Pourquoi

La température ne bouge pas pendant la fusion, donc $mc\Delta T$ donnerait zéro. C'est une chaleur latente, et l'énergie sert à démonter le réseau cristallin.

Étape 4

Étape 3, eau de $0$ à $100$ °C : $q_{3}=100\times 4{,}19\times 100=41\,900$ J.

Pourquoi

On change de chaleur massique parce qu'on a changé de phase. Ce terme est le plus intuitif des cinq, et c'est justement pour cela qu'on l'écrit avec la même rigueur que les autres.

Étape 5

Étape 4, vaporisation à $100$ °C : $q_{4}=mL_{v}=100\times 2260=226\,000$ J.

Pourquoi

C'est le terme dominant, presque sept fois la fusion. La raison physique est qu'il faut séparer complètement les molécules, alors que la fusion se contente de les décrocher les unes des autres.

Étape 6

Étape 5, vapeur de $100$ à $120$ °C : $q_{5}=100\times 2{,}03\times 20=4060$ J.

Pourquoi

Troisième chaleur massique du problème, celle de la vapeur. Les trois valeurs se ressemblent assez pour qu'on les confonde, et assez peu pour que la confusion se paie.

Étape 7

Total : $q=4180+33\,400+41\,900+226\,000+4060=309\,540$ J, soit $310$ kJ.

Pourquoi

On additionne les cinq valeurs conservées, sans arrondir en route. La division par $1000$ vient à la toute fin, et jamais avant.

Étape 8

Part de la vaporisation : $\frac{226\,000}{309\,540}=0{,}730$ , soit $73$ %.

Pourquoi

Ce pourcentage est le contrôle du problème : dans tout parcours de la glace à la vapeur, la vaporisation doit peser au moins les deux tiers. Une valeur très différente signale un terme faux.

Étape 9

Contrôle : sans les deux paliers, on n'aurait que $4180+41\,900+4060=50\,140$ J, soit six fois moins.

Pourquoi

Ce calcul montre l'ampleur exacte de l'erreur qui consiste à sauter les paliers. Il ne fait pas partie de la réponse, mais il explique pourquoi le découpage vaut la moitié des points.

Conclusion rédigée

« Il faut $310$ kJ pour transformer $100$ g de glace à $-20$ °C en vapeur à $120$ °C, dont $226$ kJ pour la seule vaporisation, soit $73$ % du total. »

L'erreur classique sur cet exercice : L'erreur classique sur ce problème est d'appliquer $q=mc\Delta T$ sur les $140$ °C d'un seul coup. On obtient une valeur de l'ordre de $59$ kJ, avec la bonne unité et un ordre de grandeur crédible : rien ne prévient, sauf le réflexe de dessiner la courbe de chauffage avant de calculer.

À savoir par cœur

• Dans un système isolé, $\sum q=0$ : ce que l'un perd, les autres le gagnent, signes compris.
• Autant d'étapes que de segments sur la courbe de chauffage, paliers compris.
• Chaleurs massiques en J/(g·°C) : glace $2{,}09$ , eau $4{,}19$ , vapeur $2{,}03$ . Changer de phase, c'est changer de $c$ .
• Chaleurs latentes de l'eau : fusion $334$ J/g, vaporisation $2260$ J/g. La vaporisation domine tout parcours complet.
• Capacité d'un calorimètre : $C$ en J/°C, SANS masse. Si l'énoncé la donne, elle est à utiliser.
• Température finale d'un mélange : moyenne PONDÉRÉE par les masses, jamais la moyenne simple.
• $E_{a}(\text{inverse})=E_{a}(\text{directe})-\Delta H$ : une réaction exothermique est plus dure à inverser.
• Rendement $=\frac{\text{utile}}{\text{fourni}}$ , toujours entre $0$ et $1$ .

Questions fréquentes

Faut-il tenir compte du calorimètre dans un bilan thermique ?

Oui, dès que l'énoncé donne sa capacité thermique. Le calorimètre se réchauffe en même temps que son contenu et absorbe donc une part de l'énergie. L'ignorer sous-estime l'enthalpie d'environ dix pour cent, une erreur trop petite pour se voir sur l'ordre de grandeur et trop grande pour être acceptée. La donnée n'est jamais décorative.

Comment calculer l'énergie pour passer de la glace à la vapeur ?

Découpez le parcours en cinq étapes : chauffer la glace, la faire fondre, chauffer l'eau liquide, la vaporiser, puis chauffer la vapeur. Utilisez la chaleur massique de chaque phase pour les trois étapes où la température change, et la chaleur latente pour les deux paliers. Additionnez ensuite les cinq valeurs. La vaporisation représente à elle seule environ les trois quarts du total.

La température finale d'un mélange est-elle la moyenne des deux ?

Seulement si les deux masses sont égales. Sinon, c'est une moyenne pondérée par les masses, et la température finale se rapproche de celle du corps le plus lourd. Mélanger cent grammes à quatre-vingts degrés avec deux cents grammes à vingt degrés donne quarante degrés, et non cinquante comme le suggérerait la moyenne simple.

Quelle est la différence entre une chaleur massique et une capacité thermique ?

La chaleur massique s'exprime en joules par gramme et par degré : elle décrit une substance, et il faut la multiplier par une masse. La capacité thermique d'un calorimètre s'exprime en joules par degré seulement : elle décrit un objet entier, et il ne faut surtout pas la multiplier par une masse. L'unité de la donnée dit laquelle vous avez sous les yeux.

Pourquoi l'énergie d'activation inverse est-elle plus grande pour une réaction exothermique ?

Parce que la réaction inverse doit d'abord remonter toute la dénivellation que la réaction directe avait descendue, puis franchir la barrière par-dessus. Sa barrière vaut donc l'énergie d'activation directe moins le delta H, qui est négatif : la soustraction d'un nombre négatif augmente le résultat. C'est aussi pourquoi les réactions très exothermiques sont difficiles à renverser.

Pourquoi la température ne monte-t-elle pas pendant la fusion ?

Parce que toute l'énergie fournie sert à briser les liaisons qui maintiennent le réseau du solide, et non à augmenter l'agitation des molécules. Or c'est cette agitation que mesure le thermomètre. Tant qu'il reste de la glace, la température du mélange reste bloquée à zéro degré, même si le chauffage continue à plein régime.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Problèmes de thermochimie

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

10 exercices corrigés
100 points
150 minutes

Faire les exercices

Fiche précédente L'aspect énergétique des transformations Fiche suivante La vitesse de réaction

Voir aussi

Toutes les fiches Tous les exercices Exercices : problèmes de thermochimie L'aspect énergétique des transformations La vitesse de réaction Tuteur de chimie Secondaire québécois

Vous cherchez un tuteur en chimie à Montréal ?

Contactez-moi pour une première séance. Sur les problèmes de thermochimie, on apprend d'abord à découper avant de calculer : c'est le découpage qui contient toute la note.

Me contacter WhatsApp

Site par Studio Squalli