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Calorimétrie
Bonsoir, j'aimerais avoir une vérification sur ce que j'ai fait dans un exercice, voici l'énoncé et mes réponses : (je met les données et les notations utilisées au cours de l'exercice à la fin de mon post)
1. Que vaut la variation d'enthalpie d'un bloc de glace de masse m quand sa température passe de -20°C à 0°C à pression constante tout en restant solide ?
2. Que vaut la variation d'enthalpie d'une masse m d'eau liquide quand sa température passe de +20°C à 0°C à pression constante tout en restant liquide ?
On place dans un calorimètre adiabatique dont on néglige la capacité calorifique 1 kg de glace à -20°C et 1 kg d'eau liquide à +20°C.
3. A l'équilibre, l'eau est-elle sous forme liquide, solide ou y-a-t-il coexistence entre le solide et le liquide ? Dans tous les cas, on expliquera la réponse en effectuant un bilan sur la fonction d'état appropriée.
Ici, j'ai séparé en 3 cas :
a) après mélange, toute la glace a fondu;
b) après mélange, toute l'eau s'est solidifiée;
c) après mélange, on a coexistence entre liquide et solide.
Soit le bilan énergétique pour a) :
De même pour b), on obtient :
Après j'ai fait les applications numériques pour les deux cas, j'ai trouvé des températures absurdes, j'en ai déduit qu'il y avait coexistence (cas c)).
J'ai juste une question, est-il possible de faire le bilan énergétique pour c) ?
4. On recommence l'expérience en prenant de l'eau liquide à 30°C, 40°C et 50 °C. Que se passe-t-il dans ces trois cas, le bloc de la glace ayant toujours la même température initiale de -20°C.
J'ai trouvé qu'il y avait coexistence dans les 3 cas.
5. Quelle est la masse minimale d'eau liquide à +20°C qu'il faut dans le calorimètre pour faire fondre complètement le bloc de glace à la température initiale de -20°C.
Ici, j'ai réutilisé le bilan énergétique du cas a) (en distinguant les masses cette fois-ci) et j'obtiens :
J'obtiens une masse de 4,4 kg environ après application numérique.
Notations et valeurs :
T0 = 0°C = 273 K
TS = -20°C = 253 K (température du bloc de glace)
TL = 20°C = 293 K (température de l'eau liquide)
Cps = 2,1 J/g/K (capacité calorifique de l'eau solide)
Cpl = 4,2 J/g/K (capacité calorifique de l'eau liquide)
Teq = température d'équilibre (pour la dernière question j'ai pris Teq = 0°C)
Lm = 333 J/g (chaleur latente de fusion de l'eau)
ms = masse solide, ml = masse liquide
Voilà, merci d'avance !
J'aimerais surtout savoir si les équations et le raisonnement sont corrects.
Bonjour
Questions 1 et 2 : tu as permuté les indices l et s sans respecter les notations proposées en fin d'énoncé et tu as commis des erreurs de signes sur
T =Tfinale - Tinitiale
Question 3c) Tu fais un bilan en supposant la température finale égale à 0°C et en considérant que la masse x.mg de glace a fondu et que la masse (1-x).mg de glace reste présente à la température de 0°C (mg : masse de glace introduite). x est un réel compris entre 0 et 1. Si le calcul aboutit à une valeur de x inférieure à 0 ou supérieure à 1 , l'hypothèse d'un équilibre liquide - solide est fausse.
Je te laisse reprendre tout cela !
Bonjour,
Merci pour l'aide apportée !
Ahh oui, je crois que j'ai permuté les 2 premières questions en recopiant, j'avais le bon résultat.
Pour le cas c), du coup j'ai essayé et j'ai obtenu l'expression de x suivante :
Et en faisant l'application numérique je trouve x = 0,13. Il y a donc bien coexistence.
(j'ai également essayé pour une température de 50°C pour la phase liquide, je trouve x = 0,50).
Le reste de l'exercice ainsi que le cas c) est-il correct ?
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