Présentation d'une expérience de détermination de Dr

Il est possible de déterminer expérimentalement la quantité de chaleur dégagée au cours de la neutralisation d'une solution diluée d'acide fort HCl (solution A) par une solution diluée B de base forte NaOH qu'on ajoute à la solution A.


Dans la solution A d'acide fort, HCl totalement dissocié est sous la forme :

(Cl- , H3O+)

et dans la solution de base forte B, NaOH est sous la forme :

(Na+ , OH-)

La réaction de neutralisation :

(Cl- , H3O+) + (Na+ , OH-) ®  ( Cl- , Na+) + 2 H2O

revient à la formation d'eau :

H3O+ + OH- ®   2 H2O

 L'expérience va donc permettre de déterminer Dr  de cette réaction en phase liquide.

- Principe de la mesure

Un certain volume de solution A de titre connu est placé dans un récipient calorifugé. Une addition progressive de la solution B provoque un dégagement de chaleur et une élévation de température du bain, jusqu'au point d'équivalence où on admet que la neutralisation est totale.
Tant que la réaction de neutralisation a lieu, la quantité de chaleur QP dégagée est proportionnelle à la quantité d'ions H3O+ qui ont réagi donc au volume de base ajoutée. Au-delà, aucune réaction chimique n'a lieu et la température reste pratiquement constante.
En traçant le graphe T = f (V base ajoutée) on peut suivre l'évolution de la neutralisation et déterminer la température TN de fin de réaction pour un volume VN de base ajoutée.

 
 
La chaleur dégagée (ou absorbée) fait varier la température de la solution contenue dans le réacteur mais aussi celle des accessoires (barreau aimanté, thermomètre, paroi…) qui ont des capacités calorifiques CP et des masses diverses.
Pour simplifier les calculs on considère que ces accessoires sont assimilables à une certaine masse en eau.

  1 - Calcul de la quantité de chaleur QP échangée lors de la réaction de neutralisation

Si on appelle :

QP la chaleur de réaction
Q'P la quantité de chaleur transférée à la solution et ses accessoires
QP + Q'P = 0
(le calorimètre pouvant être considéré comme un système isolé)

- Détermination de Q'P

Si n (mol.) représente la quantité de matière totale en eau (volume total à la neutralisation + les accessoires), on a :

Q'P = n.CP(H2O).(TN - T0)

CP(H2O) : capacité calorifique molaire de la solution qui est assimilée à celle de l'eau pure

On obtient :

QP = - Q'P = - n.CP(H2O).(TN - T0)
 

2 - Enthalpie molaire standard de réaction Dr

QP est la chaleur de réaction de nOH- mol. transformées (nOH- peuvent être calculées puisqu'on connaît le volume VN de la solution ajoutée et la concentration et le volume d'acide initial). On en déduit :

DrH = QP / nOH-

Comme on peut assimiler l'enthalpie molaire standard Dr à l'enthalpie molaire DrH, on a donc :

Dr = QP / nOH-