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TP 14 : MESURE DE LA CHALEUR LATENTE DE FUSION DE LA GLACE

1) Expression de Q1

Exprimer la quantité de chaleur cédée par l'eau du calorimètre Qeau cal = m1 . ceau (f - 1 )

Exprimer la quantité de chaleur cédée par le calorimètre QCal = Ccal . (f - 1 ) En déduire l'expression de Q1 = Qeau cal + QCal = (m1 . ceau + Ccal ) (f - 1 )

2) Expression de Q2

Exprimer la quantité de chaleur reçue par le glaçon pour fondre à 0°C : Qfus = m2 . Lfus

Exprimer la quantité de chaleur reçue par l'eau produite par la fonte du glaçon pour atteindre la température finale :

Q eau glaçon = m2 . ceau (f - 2 )

En déduire l'expression de Q2 = Qfus + Q eau glaçon = m2 ( Lfus + ceau (f - 2 ))

3) Bilan d'énergie et expression de Lfus

a) Faire l'application numérique en J.g-1 Données : ceau = 4,18 J.°C-1.g-1 et Ccal = 300 J.°C-1 Lfus = - [(250 4,18 + 300 ) (9,7 - 18,7 )]/32 - 4,18 (9,7 - 0 )

Lfus = 378,3 - 40,5 = 338 J.g-1

b) Comparer avec la valeur théorique Lf = 330 J.g-1 et calculer l'écart relatif en % (338-330/330)100 = 2 % environ

c) Commenter le résultat et indiquer les sources d'erreurs possibles :

échanges thermiques avec l'air au niveau de la surface libre du mélange . Masse des glaçons improbable car une partie fond

lors du transfert

Questions de prolongement

4) expression de Lf , chaleur latente de fusion de la glace

D'après ce qui précède : (m1 . ceau + Ccal ) (f - 1 ) + m2 ( Lfus + ceau (f - 2 )) = 0 Lfus = -[(m1 . ceau + Ccal ) (f - 1 )]/m2 - ceau (f - 2 ) 5) Qeau cal = m1 . ceau (f - 1 ) = 250 4,18 (9,7 - 18,7) = - 9405 J = - 9,4 kJ QCal = Ccal . (f - 1 ) = 300 (9,7 - 18,7) = - 2700 J = - 2,7 kJ

Qfus = m2 . Lfus = 32 338 = 10816 J = + 10,8 kJ

Q eau glaçon = m2 . ceau (f - 2 ) = 32 4,18 (9,7-0) = 1297 J = + 1,3 kJ Qsystème = - 9,4 -2,7 + 10,8 + 1,3 = -12,1 + 12,1 = 0 !

On a bien Qsystème =0 J et les signes des quantités de chaleur correspondant :les énergies reçues sont positives et celles qui

sont cédées sont négatives

5) Il faut 330 J pour faire fondre de glace ,

il faut donc 33018 = 5940 J pour faire fondre 18g d'eau ( 1 mole ) . Donc Lf = 5,9 kJ.mol-1

6) Car dans un congélateur la température des glaçons est de -18 °C et non pas 0°C et donc il faudrait tenir compte de

l'énergie captée par les glaçons pour arriver à 0°C

Protocole :

- Introduire un volume d'eau précis Veau calo compris entre

200 et 300 mL dans le calorimètre.

Veau calo = 250 mL soit m1 = 250 g

(utiliser la masse volumique de l'eau eau = 1,0 g.mL-1 ou effectuer une pesée ) - Mesurer la température 1 de l'eau (et du calorimètre) une fois l'équilibre thermique atteint :

1 = 18,7 °C

- Prélever 5 ou 6 glaçons et les placer dans un verre à pied . Vérifier que leur température est 2 = 0°C - Sans perdre de temps , mesurer la masse m2 de ces glaçons fondants et les introduire dans le calorimètre . m2 = 32 g - Agiter de temps en temps , et mesurer la température finale f lorsque l'équilibre thermique est atteint f = 9,7 °Cquotesdbs_dbs5.pdfusesText_9