Thermochimie

Thermochimie Introduction Les deux objets de la chimie : Connaître la composition de la matière. Comprendre les transformations de cette matière. Leurs intérêts : Intérêt scientifique : comprendre les « lois de la nature » qui s’appliquent à tous les domaines. Intérêt pratique : la chimie répond aux « besoins de l’homme ». 90% de la production d’énergie est d’origine chimique. Conservation de la matière (Lavoisier) stoechiométrie Chimie générale ou physique. Observation à deux niveaux : Echelle macroscopique (observation « humaine ») Echelle microscopique (« molécules ») Atome (élément) ZAX A=nombre de masse Z= numéro atomique A = N (neutrons) + Z (protons) Z = Z (électrons) Corps pur Un corps pur est une substance formée d’atomes en proportions bien définies. Un corps pur simple est composé des mêmes atomes : Fe, O2, O3… Un corps pur composé est composé d’atomes différents : H2O, NaCl… 1 mole : N molécules N est les nombre d’Avogadro, et il vaut N = 6,02x1023. Ex : 16g de O2 ; 816O ; M (O2)=32g. 0,5 mole de O2 ; 3.1023 mol de O2 3x105x109x109 Chapitre I : THERMOCHIMIE 3 états/phases : gaz, liquide, solide. I – A – L’état gazeux 3 variables reliées entre elles décrivent cet état : La pression P Le volume V La température T I – A – I – Loi des gaz parfaits Lorsque la pression d’est pas trop élevée, on a à faire à un gaz parfait (pas d’interaction entre les molécules). Le volume des molécules est négligé. P x V = n x R x T R = 8,314 J x K-1 x mol-1 R = 0,082 L x atm x K-1 x mol-1 Unités: P en pascal (Pa) [ou en atm] V en mètres cubes (m3) [ou en L] T en Kelvin (K) 91440016510000 P V = Energie Joule = force x longueur = N x m P = force / Surface = N / m2 V = m3 P x V = N x m P en Pa 1 atm = 1,O13.105 Pa = 1013 hPa (1 Pa = 105 Bar) = 1013 mBar (1 atm = 760 mm Hg = 760 Torr) R = P V / n T T (K) = T (°C) + 273,15 Volume molaire gazeux normal Conditions normales de P = 1 atm = 1,013.105 Pa de T = 0°C (stp) P V = n R T V = R T / P pour n = 1 R = 8,314 J K-1 mol-1 V = 8,314 x 273,15 / 1,013.105 = 22,4.10-3 m3 = 22,4 L Relation particulière (P, V, T) 1°) Si n et T = constantes P = f (V) isothermes 2°) Si n et P = constantes V = f (T) isobares 3°) Si n et V = constantes P = f (T) isochores Voir cours écrit pour exemple I – A – II – Mélange gazeux _ Pression partielle Si dans une enceinte on mélange plusieurs gaz parfaits chaque gaz occupe la totalité du volume disponible en exerçant une pression : sa pression partielle. Dalton : La pression totale est égale à la somme des pressions partielles. Loi de Dalton : PT = ? Pi TP N°0 INITIATION AUX MANIPULATIONS EN TP DE CHIMIE GENERALE Buts : Bien manipuler en TP de chimie Savoir peser avec une balance Savoir dissoudre un soluté dans une fiole Savoir pipeter Savoir doser Savoir utiliser un Bec Bunsen I- Pour bien manipuler… Pour bien manipuler il est nécessaire de connaître les consignes de sécurité, et de les suivre à la lettre. Ces consignes sont inscrites dans le TP n°0. Il faut aussi savoir reconnaître la verrerie. Enfin, il faut connaître le protocole pour mesurer un volume en fonction de la précision, du matériel, et du ménisque. II- La pesée Nous avons pesé au cours de ce TP exactement 0,1008 g de NaCl. III- Dissolution d’un soluté dans une fiole Nous avons ensuite dissout dans une fiole jaugée de 100 mL les 0,1008 g de NaCl précédemment pesés. Nous avons ainsi pu calculer la concentration de NaCl de la solution préparée. IV- Le pipetage Nous avons prélevé 20 mL de la solution préparée précédemment dans la fiole de 100 mL et les avons introduits dans un bécher de 100 mL. Nous avons ensuite ajouté environ 30 mL d’eau distillée prélevée à l’aide de l’éprouvette. Puis, nous avons dilué la solution préparée précédemment dans la fiole de 100 mL de façon à obtenir 50 mL de solution de concentration finale de NaCl de l’ordre de 3.10-3 M. m=CVM m=1,008.10-1g V=0,1L M=11+17=28 C=m/(VM)=1,008.10-4/(0,1x28)=3,6.10-2g.L-1 CmVm=CfVf Vm=CfVf/Cm Cf=3.10-3M Vf=5.10-2L Cm=3,6.10-2 Vm=4,16.10-3L=4,16mL Vm=4,2mL Dans une fiole, on introduit avec une pipette graduée 4,2mL de S2. On rajoute ensuite de l’eau distillée un peu en dessous du trait de jauge. On essuie le goulot pour avoir un bon dosage. On fait ensuite le niveau avec de l’au distillée, on bouche, et on agite pour homogénéiser. ?Cf/Cf=?Vf/Vf+?Cm/Cm+?Vm/Vm=(0,6+0,01)/50+0,1/3,6.10-2+0,1/4,2=2,81 ?Cf=2,81x3,024=8,50 V- Les dosages Nous avons rempli la burette avec la solution de NaCl préparée précédemment. VI- L’utilisation du Bec Bunsen Nous avons allumé le bec bunsen. Exercice page 13 : CA=3xCBVB/VA=2,94M ?CA/CA=?VA/VA+?CB/CB+?VB/VB=0,005+0,02+(0,1/9,8)=0,0352=3,52.10-2% ?CA=3,52.10-2xCA=0,1035 CA=2,94±1,035.10-1M DETERMINATION DE LA FORMULE DE DEUX SELS Buts : - Déterminer la formule du chlorure de Baryum hydraté - Déterminer la formule du sulfate d’ammonium et de fer III hydraté I- Détermination de la formule du chlorure de baryum hydraté a) Détermination de l’eau de cristallisation. Mode opératoire : -On place le creuset sur le triangle qui repose sur l’anneau de support. On le chauffe pendant 5 à 10 minutes, puis on le laisse refroidir dans un dessiccateur pendant 20 minutes et enfin on le pèse avec soin. Il pèse 26,375g. On y introduit ensuite 1g de chlorure de baryum cristallisé, et on le pèse à nouveau : 27,375g. -On replace ensuite le creuset sur le triangle au dessus de la flamme, pour le chauffer environ 10 minutes. On le refroidit de nouveau 20 minutes au dessiccateur, et on le pèse. Il pèse alors 27,227g. On répète la manipulation plusieurs fois, mais la valeur ne change plus, elle reste à 27,227g. On a donc une différence de 0,148g, qui est l’eau contenue dans le chlorure de baryum. Le % massique d’eau de cristallisation est donc 14,8%. b) Détermination du pourcentage de baryum et de chlore. Mode opératoire : -On pèse environ 1g de chlorure de baryum hydraté et on l’introduit dans une fiole jaugée de 100mL. On dissout dans de l’eau, et on complète à 100mL. -On prélève ensuite 5mL de la solution obtenue, et on lui ajoute 30mL de solution tampon pH 10 puis 20 gouttes de N.E.T. et 2 gouttes d’une solution de MgCl2 (pour que le changement de couleur soit visible au point équivalent) et on dose par la solution d’E.D.T.A. 10-2 M. On observe un changement de couleur, du rouge au bleu pur à l’équivalence, c'est-à-dire pour VEDTA=17,5mL. Ba2++H2Y2-BaY2-+2H+ A l’équivalence, nBa2+=nH2Y2- Or CV=n, donc nBa2+=CEDTAxVEDTA=10-2x17,5.10-3=17,5.10-5mol mBa2+=MBa2+xnBa2+=137,33x17,5.10-5=2,403.10-2 %Ba=mBa2+/mpesée=2,40% -Dans un bécher de 100mL, on introduit 10mL de la solution A, et on y ajoute 40mL d’eau. On y plonge la cellule conductimétrique, et on dose par une solution à 0,1M de AgNO3. On obtient la courbe suivante : De même que précédemment, on obtient : nCl-=9,5.10-4mol mCl=9,5.10-4x35,453=3,368.10-2g %Cl-=3,36% On cherche la formule la plus simple de BaxCly(H2O)n : %H2O=nMH2O/Mtot=14,8% %Ba=xMBa/Mtot=2,4% %Cl=yMCl/Mtot=3,4% La formule la plus simple est BaCl2(H2O) II- Détermination de la formule du sulfate d’ammonium et de fer III hydraté Mode opératoire : -On pèse exactement environ 1g de sulfate d’ammonium et de fer III et on l’introduit dans une fiole jaugée de 100mL, auquel on ajoute un peu d’eau, on dissout le produit cristallisé, et on complète à 100mL avec de l’eau. a) Détermination du pourcentage de fer III -On prélève 5mL de la solution B, et on ajoute 10mL d’acide acétique 0,1M, environ 35mL d’eau et 5 gouttes d’acide salicylique à 1% dans l’éthanol. On dose par une solution 10-2M d’E.D.T.A. . Le point équivalent est déterminé par un changement de couleur, du pourpre au jaune pur. On obtient VEDTA=9,1mL. Même processus qu’aux parties précédentes : nFe3+=9,1.10-5mol mFe3+=9,1.10-5x55,847=5,08.10-3 %Fe3+=0,50% b) Détermination du pourcentage d’ammonium -On prélève 20mL de la solution B et on les introduit dans un ballon de 250mL, auquel on ajoute environ 50mL d’une solution de soude 0,1M et quelques grains de pierre ponce. On réalise un montage suivant : 37719001428751=chauffe ballon 2=Solution préparée 3=ballon 4=réfrigérant 5=sortie d’eau 6=entrée d’eau froide 7=fiole jaugée 8=solution récupérée 001=chauffe ballon 2=Solution préparée 3=ballon 4=réfrigérant 5=sortie d’eau 6=entrée d’eau froide 7=fiole jaugée 8=solution récupérée -On introduite 70mL d’une solution 10-2M de H2SO4 dans un Erlenmeyer de 100mL, on plonge le tube à dégagement le plus profondément possible et on chauffe. NH3 se dégage sous forme gazeuse, et on peut observer le dégagement gazeux dans la solution de H2SO4. On arrête de chauffer une fois que l’on a récupéré 30mL d’eau dans l’Erlenmeyer. On transvase la totalité de la solution acide ainsi obtenue dans un Erlenmeyer plus grand, dans lequel on ajoute quelques gouttes d’hélianthine et on dose l’excès de H2SO4 par une solution de soude 0,1M. On obtient Vsoude=9,1mL=9,1.10-3L Idem que dans les autres cas : nNH3=9,1.10-4 mNH3=9,1.10-4x17,0288=1,55.10-2 %NH3=1,55% c) Détermination du pourcentage de sulfate -On introduit dans un bêcher de forme haute de 100mL 25mL de la solution B, 1ml de la solution 0,1M de HCL, une pointe de spatule de fer en poudre, et on agite pendant 10 minutes, avant d’ajouter environ 50mL d’eau, et de plonger la cellule conductimétrique dans un bêcher pour doser par une solution 0,1M de chlorure de baryum. On obtient la courbe suivante : On obtient un volume de BaCl2=10,5mL De même que d’habitude : nsulfate=10,5.10-4 msulfate=10,5.10-4x(32,06+4x16)=1,00.10-1 %Sulfate=10% d) Détermination du pourcentage de l’eau : 100-(10+1,55+0,5)=87,95% d’eau dans la solution