Q H - = ∆ = Q
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Qu'est-ce que la chaleur de combustion ?
La chaleur de combustion d’un composé chimie est la quantité d’énergie dégagée par la combustion d’une mole de ce composé à la température de référence choisie (de 0°C à 25°C.) La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si on réunit trois éléments : un combustible, un comburant, une énergie d’activation.
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Arrêter l’acquisition des données en mettant l’interrupteur en position « arrêt ». Le thermogramme que vous venez d’enregistrer devrait apparaître dans la partie droite de l’écran. On peut évaluer approximativement le ?T de la réaction de combustion à l’aide des deux curseurs (noir et rouge).
Comment fonctionne la combustion d’un composé azoté ?
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la méthode la plus classique consiste à mesurer l’élévation de température lors de la combustion d’une substance dont la chaleur de combustion est connue, habituellement l’acide benzoïque.
CPH 405 1 RZ 2011
LES COMBUSTIBLES ALTERNATIFS
CHALEUR DE COMBUSTION
INTRODUCTION
le calorimètre à glace de Laplace et Lavoisier. Les deux scientifiques suivaient les idées de
Joseph Black (1728-1789) et surent tirer parti des progrès réalisés à cette époque en matière de
pesée. des réactions chimiques et au fil des ans des transformations de phase.La réaction chimique de combustion ne peut se produire que si on réunit trois éléments : un
Le combustible peut être :
" un liquide ou solide liquéfiabl " un tiré deCPH 405 2 RZ 2011
(ou autres combustibles) chaleur de combustion, et on définit : " le pouvoir calorifique supérieur (PCS) e par la combustion complète récupérée " le pouvoir calorifique inférieur (PCI) : quantité d complète de combustible, la vapeur et la chaleur non récupérer. quantité de vapeur produite. Pour mesurer le pouvoir calorifique déterminer la chaleur dégagée par " Complète pour éviter les corrections difficiles à calculer si une consumée" Rapide pour éviter les déperditions de chaleur inévitables même si le système est isolé
et " Unique pour que des réactions secondaires ne viennent pas perturber la mesure. La mesure de de combustion revêt à la fois une importance fondamentale et une importance pratique considérables : un point de vue fondamental, lde combustion donne accès, avec un haut degré de libre o aire de la loi de Hess, les enthalpies de combustion peuvent être énergie de combustibles, de produits alimentaires, de sous-produits industriels utilisés pourénergie (résidus forestiers
CPH 405 3 RZ 2011
BUT Les buts de cette expérience sont les suivants : " de vous familiariser avec une des méthodes les plus classiques de déterminer la chaleur de combustion, soit la méthode de la " bombe calorimétrique » dans laquelle la combustion se fait à volume constant en prése " de comparer le pouvoir calorifique de différents combustibles utilisés à tous les jours.THÉORIE
LA CALORIMÉTRIE
Le calorimètre
calor, chaleur et du grec metron, mesure)Il existe trois types de calorimètres;
1) adiabatique, dans lequel le transfert de chaleur entre le système et son environnement est
empêché2) isopéribole, dans lequel un faible échange contrôlé de chaleur est permis et
3) isotherme, dans lequel une quantité de chaleur ou de travail peut être utilisée pour
maintenir la température du système constanteLe calorimètre utilisé dans cette expérience pour mesurer la chaleur de combustion est illustré à
la Figure 1 ci-dessous. commercial de type isopéribole en particulier la bombe calorimétrique de la compagnie Parr.Figure 1. Schéma
CPH 405 4 RZ 2011
Il est constitué
D(10) dans laquelle la réaction procède. Cette bombe calorimétrique possède desparois épaisses en acier inoxydable pour supporter les hautes pressions. La bombe est reliée à
un système élect dans laquelle plonge
la bombe calorimétrique et le détecteur de température (11). Un agitateur (7) assure
eau dans ce réservoir. Celui-ci est plaqué de chrome pour diminuer ntérieur du réservoir et le milieu extérieur.Une thermistance est un élément semi-conducteur dont la résistance diminue de façon
donné, la fonction qui relie la résistance à la température est connue. La thermistance est connectée dans un pont de Wheatstone, tel que montré à la Figure 2.Ce pont transforme la variation de résistance
en variation de potentiel pouvant être lue par une interface A/D. Cette variation de potentiel est étalonnée pour correspondre à une variation de températureFigure 2. Schéma du pont de Wheatstone.
Analyse thermodynamique
Bien que seules les équations finales soient nécessaires afin de calculer les résultats, une
compréhension de la thermodynamique permet de mieux saisir leurs origines et leurs utilités.calorimétrique si on veut étudier le phénomène à pression constante. Dans ces conditions
expérimentales la chaleur mise en jeu est égale à la vaU, énergie interne du système et par conséquent ne dépend plus de la manière de procéder.interne des produits moins celle des réactifs à une même température : le U est donc donnée
pour une transformation isotherme. Analysons ce procédé en deux étapes (voir la figure2).CPH 405 5 RZ 2011
Figure 2. Analyse thermodynamiq
Selon la loi de Hess :
U (réaction globale) = U1 (étape 1) + U2 (étape 2) (1) - U1 = 0 - U = U2 = Qv. Remarque usystème = - Umilieu, ou dans notre cas milieu = calorimètre et ibre, soit à pressionH) que
U). Le passage est possible si on applique la première loi de la thermodynamique forme de travail (w), donc :U = Q + w (2)
ou pour un changement infinitésimal dU = dQ + dw (3) dans un système fermé et pour un processus réversible dw = -P*dVP = pression
dV = variation du volume au cours du processus. H = U + PV donc dH = dU + d(PV) (4) H = U + PV =Qp (5)CPH 405 6 RZ 2011
devient : dH = dU + d(nRT) = dU + R(Tdn + ndT + dndT) = dU + R(Tdn + ndT) (6) et puisque ndT<< Tdn, donc dH = dU + RTdn ou H = U + RT'n = Qv +RT'ngaz (7) n = la variation du nombre de moles de gaz entre les produits et les réactifs. R = la constante universelle des gaz (8,314 J mol-1 K-1)T = la température (K)
Pour déterminer le ngaz
de combustion. ue, réactif universellement utilisé pour étalonner une bombe calorimétrique, correspond à la réaction suivante à 25°C :C6H5CO2H (s) +
2 15O2 (g) 7 CO2 (g) + 3 H2O (8)
nthalpie molaire (H ou de compression des gaz. Le Hconditions standard puisque la combustion est effectué sous une pression de 20 ou 25 at.
pour 1 atm est possible si des résultats très précis sont nécessaires, mais la
correction est habituellement très petite. NOTE étant dans leur état standard (i.e. P = 1 atm) à une température définie (ex.En analysant attentivement la figure 2 on
système (produits En pratique nous (constante du calorimètre) .CPH 405 7 RZ 2011
Combustion
Le thermogramme
Un thermogramme est un graphique qui
représente la variation de la température en fonction du temps. combustion dans une bombe calorimétrique est illustrée à la Figure 3.Figure 3. Schéma du thermogramme
Différentes parties peuvent être identifiées sur ce thermogramme :La période de pré-combustion
La partie " a-b » représente la période de précombustion, Au cours de cette période, la
température devrait être stable, ou varier faiblement de façon linéaire en fonction du temps.
Plusieurs phénomènes peuvent contribuer à la variation de la température : o le transfert de chaleur par radiation et/ou par convection entre le calorimètre etLa période de combustion
La partie " b-c » représente la période de réaction. Cette partie du thermogramme représente la
par la réaction de combustion de , en plus des échangesLe point " b » correspond au début de la réaction de combustion. Dans la bombe, la combustion
peut être considérée comme instantanée; la température augmentant momentanément de
quelques centaines de chaleur, diminue en fonction du temps.CPH 405 8 RZ 2011
La période post-combustion
La partie " c-d » représente la période post-combustion. Lorsque température en fonction du temps mécanique, de et des échanges par convection et par La partie " c-d » du thermogramme devrait être à nouveau une droite. Détermination de la variation de la température T Les lignes de pré et de post-combustion (A,B) sont extrapolées vers un point commun sur l'axedu temps; ces lignes sont parallèles pour le calorimètre adiabatique mais pas pour le calorimètre
isopéribole (cas de la Fig.2). Une ligne verticale est tracée de manière à ce que les surfaces
hachurées du graphique soient approximativement égales; elle sert à calculer la variation de
température (T). Ces surfaces hachurées (une positive et une négative) sont proportionnelles
aux fuites de chaleur. En rendant ces surfaces égales, on compense pour les fuites de chaleur, cequi permet d'évaluer une variation de température égale à celle d'un processus adiabatique. La
température moyenne de la mesure est prise au croisement (C) du thermogramme.Au laboratoire on évaluera le
CPH 405 9 RZ 2011
Étalonnage
Il existe deux méthodes ombustion :
est disponible dans le commerce (note U) est indiquée sur la bouteille). lméthode consiste à faire passer une quantité connue de courant (I) dans une
résistance (R) t précis (étalonnage électrique aussi appelé " par effet Joule »). thermique dégagée par la résistance (Qe) est calculée par une des relations suivantes :Qe = V I t (9)
Qe = énergie thermique fournie au calorimètre en JouleV = la différen
I = courant en Ampère
t = temps de passage du courant en secondesétalonnage
e T Qe (10) est représentée sur laFigure 5.
CPH 405 10 RZ 2011
Figure 5. T par effet Joule.
CaT respectifs déterminés, le calcul de
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