065 – Loi de Hess

Cette séance de laboratoire est conçue comme une exploration complète des réactions chimiques et des échanges thermiques à travers quatre expériences distinctes, chacune visant à comprendre différents aspects de la thermochimie et de la cinétique chimique.

Objectifs Éducatifs

  • Techniques de mesure du volume et de la température : Les élèves affineront leurs compétences dans l'utilisation des éprouvettes graduées pour les mesures de volume et des thermomètres pour les observations de température, améliorant ainsi leur précision et leur justesse en chimie expérimentale.
  • Observation des réactions chimiques : Les participants acquerront des connaissances sur la nature des réactions chimiques, notamment comment le mélange de différentes substances peut entraîner des changements thermiques, illustrant ainsi les principes de la thermochimie.
  • Exploration des variations de réaction : En modifiant des composants tels que les solvants ou les réactifs, les étudiants exploreront comment les conditions expérimentales affectent les résultats des réactions, favorisant ainsi une compréhension plus approfondie de la cinétique chimique.
  • Thermochemie et cinétique Ce laboratoire vise à fournir une compréhension pratique de la thermochimie et de la cinétique chimique, en mettant l'accent sur les effets thermiques des réactions chimiques et les facteurs influençant les vitesses de réaction.

Grâce à ces expériences, les étudiants se familiariseront non seulement avec les procédures expérimentales standard en chimie, mais acquerront également une expérience pratique dans la manipulation du matériel de laboratoire et l'interprétation des données expérimentales.

Cette approche pratique de l'apprentissage permet aux élèves d'appliquer leurs connaissances théoriques en chimie à des scénarios concrets, renforçant ainsi leur compréhension des principes fondamentaux de la discipline. La séance de laboratoire met en lumière l'importance de la mesure et du contrôle précis dans l'expérimentation chimique, offrant des leçons précieuses sur le comportement thermique des réactions chimiques et l'impact de la variation des conditions expérimentales.

Protocole

Expérience 1 : Eau + Alcool

  1. Mesurez 100 ml d'eau distillée à l'aide de l'éprouvette graduée.
  2. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  3. Immergez l'extrémité du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
  4. La température initiale de l'eau apparaîtra dans le tableau des résultats.
  5. Mesurez 100 mL d'éthanol à l'aide de la éprouvette graduée.
  6. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  7. Attachez le couvercle sur le calorimètre.
  8. Appuyez sur le bouton vert de l'agitateur sur le couvercle du calorimètre et laissez-le agiter pendant au moins 10 secondes.
  9. Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
  10. La température du mélange apparaîtra dans le tableau des résultats.
  11. Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
  12. Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
  13. Retirer le couvercle du calorimètre et vider son contenu dans la poubelle de récupération.
  14. Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
  15. Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.

Expérience 2 : Eau + NH4Cl

  1. Mesurez 100 ml d'eau distillée à l'aide de l'éprouvette graduée.
  2. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  3. Immergez l'extrémité du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
  4. La température initiale de l'eau apparaîtra dans le tableau des résultats.
  5. Peser environ 9,2 g (6 mL) de chlorure d'ammonium en poudre à l'aide de la coupelle de pesée.
  6. Versez le contenu de la nacelle de pesée dans le calorimètre.
  7. Attachez le couvercle sur le calorimètre.
  8. Appuyez sur le bouton de l'agitateur vert sur le couvercle du calorimètre et laissez-le remuer pendant au moins 10 secondes.
  9. Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
  10. La température du mélange apparaîtra dans le tableau des résultats.
  11. Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
  12. Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
  13. Retirer le couvercle du calorimètre et vider son contenu dans la poubelle de récupération.
  14. Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
  15. Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.

Expérience 3 : Eau + CaCO3

  1. Mesurez 100 ml d'eau distillée à l'aide de l'éprouvette graduée.
  2. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  3. Immergez l'extrémité du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
  4. La température initiale de l'eau apparaîtra dans le tableau des résultats.
  5. Peser environ 9,5 g (3,5 mL) de carbonate de calcium en poudre à l'aide de la nacelle de pesée.
  6. Versez le contenu de la nacelle de pesée dans le calorimètre.
  7. Attachez le couvercle au calorimètre.
  8. Appuyez sur le bouton de l'agitateur vert sur le couvercle du calorimètre et laissez-le remuer pendant au moins 10 secondes.
  9. Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
  10. La température du mélange apparaîtra dans le tableau des résultats.
  11. Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
  12. Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
  13. Retirez le couvercle du calorimètre et versez le contenu liquide dans le bac de récupération noir et transférez les solides à l'aide des spatules.
  14. Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
  15. Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.

Expérience 4 : HCl + CaCO33

  1. Mesurer 100 ml d'acide chlorhydrique (HCl) 2 M à l'aide de la éprouvette graduée.
  2. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  3. Immergez l'extrémité du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
  4. La température initiale de l'acide chlorhydrique apparaîtra dans le tableau des résultats.
  5. Peser environ 9,5 g (3,5 mL) de carbonate de calcium en poudre à l'aide de la nacelle de pesée.
  6. Versez le contenu de la nacelle de pesée dans le calorimètre.
  7. Attachez le couvercle au calorimètre.
  8. Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
  9. Démarrez le chronomètre.
  10. Appuyez sur le bouton vert de l'agitateur sur le couvercle du calorimètre et laissez-le agiter.
  11. Observez la réaction qui se déroule dans le graphique température en fonction du temps.
  12. Lorsque la réaction est terminée (la température aura atteint un plateau), arrêtez le chronomètre.
  13. Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
  14. Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
  15. Retirer le couvercle du calorimètre et vider son contenu dans la poubelle de récupération.
  16. Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
  17. Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.

Note : La vitesse de réaction est accélérée 10x.

Expérience 5 : HCl + NaOH

  1. Mesurer 100 mL de NaOH 1M à l'aide de la éprouvette graduée.
  2. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  3. Immergez la pointe du thermomètre numérique dans le liquide pour en prendre la température.
  4. La température initiale de l'eau apparaîtra dans le tableau des résultats.
  5. Mesurer 100 mL de HCl 1M à l'aide de la éprouvette graduée.
  6. Versez le contenu de la éprouvette graduée dans le calorimètre.
  7. Attachez le couvercle au calorimètre.
  8. Appuyez sur le bouton vert de l'agitateur sur le couvercle du calorimètre et laissez-le agiter pendant au moins 10 secondes.
  9. Insérez le thermomètre numérique dans le couvercle du calorimètre.
  10. La température du mélange apparaîtra dans le tableau des résultats.
  11. Arrêtez l'agitateur en appuyant sur le bouton rouge.
  12. Retirez le thermomètre du couvercle du calorimètre.
  13. Retirer le couvercle du calorimètre et vider son contenu dans la poubelle de récupération.
  14. Rincer le calorimètre à l'eau distillée et en vider le contenu dans le réservoir de récupération.
  15. Rincez l'éprouvette graduée à l'eau distillée et videz son contenu dans le réservoir de récupération.

Résultats attendus

Expérience 1 : Eau + Éthanol

L'ajout de 100 mL d'éthanol à 100 mL d'eau est une réaction exothermique qui devrait augmenter la température de l'eau d'environ 8 °C. Il y a une libération de 1,537 kJ/mol par mole d'éthanol. Lorsque l'éthanol (C2H5OH) est mélangé à l'eau (H2O), les deux liquides forment une solution. Ce processus implique la rupture et la formation de forces intermoléculaires. Initialement, les liaisons hydrogène entre les molécules d'eau et les forces de van der Waals entre les molécules d'éthanol sont rompues. De nouvelles liaisons hydrogène se forment entre les molécules d'eau et d'éthanol. La formation de ces nouvelles forces intermoléculaires libère de l'énergie, ce qui entraîne une réaction exothermique qui augmente la température de la solution. Les capacités thermiques spécifiques des substances et l'énergie totale libérée lors de la formation des nouvelles liaisons contribuent au changement de température observé.

Expérience 2 : Eau + NH4Cl

Ceci est une réaction endothermique, où la réaction consomme 14,8 kJ/mol par mole de NH4Cl. La température devrait baisser d'environ 5 à 8 degrés.

Expérience 3 : Eau + CaCO3

Étant donné que le CaCO3 est insoluble dans l'eau, aucun changement de température significatif n'est attendu, ce qui indique qu'il n'y a pas de réaction.

Expérience 4 : HCl + CaCO3

Cela devrait entraîner une réaction où le CaCO3 réagit avec le HCl pour produire du chlorure de calcium, de l'eau et du dioxyde de carbone, entraînant une augmentation de température d'environ 19,5 °C en 35 secondes (vitesse accélérée 10 fois). Chaque mole de CaCO3 devrait réagir avec 0,5 mole de HCl pour produire 1600 kJ. Cette expérience implique une réaction acido-basique où l'acide chlorhydrique (HCl) réagit avec le carbonate de calcium (CaCO3) pour former du chlorure de calcium (CaCl2), de l'eau (H2O) et du dioxyde de carbone (CO2).

Expérience 5 : HCl + NaOH

Une réaction de neutralisation exothermique est attendue. La température devrait augmenter, idéalement d'environ 6,4 °C, indiquant la libération d'énergie. La réaction produit 54 kJ/mol par mole de HCl. Cette expérience met en vedette une réaction de neutralisation, un type de réaction exothermique où un acide (HCl) et une base (NaOH) réagissent pour former de l'eau (H2O) et un sel (NaCl). Pendant la réaction, les ions hydrogène (H+) de l'acide réagissent avec les ions hydroxyde (OH-) de la base pour former de l'eau.

Dans chaque expérience, les changements de température observés sont des indicateurs des dynamiques énergétiques impliquées dans les processus chimiques, reflétant la nature exothermique ou endothermique des réactions.

Résumé du devoir par tranche d'âge

1.1.1 Résumé des affectations par tranche d'âge

Niveaux 3-5 (âges 8-10)

  • Concentre-toi: Introduction basique aux réactions chimiques, aux changements de température et aux techniques de mesure.
  • ActivitésObservation des changements thermiques simples lors de réactions chimiques, utilisation de thermomètres et de cylindres gradués, consignes de sécurité de base.

De la 6e à la 8e année (11-13 ans)

  • Concentre-toiCompréhension intermédiaire de la thermochimie, de la cinétique chimique et de la précision des mesures.
  • Activités: Réaliser des réactions, mesurer des volumes et des températures, observer comment différents réactifs et solvants affectent les résultats des réactions, suivre des protocoles de sécurité détaillés.

Secondaire 3-5 (14-18 ans)

  • Concentre-toi: Compréhension avancée de la thermochimie, de la loi de Hess et de la précision expérimentale.
  • ActivitésMesurer avec précision les volumes et les températures, mener des expériences détaillées pour explorer les effets thermiques des réactions chimiques, analyser comment les changements dans les réactifs et les solvants influencent les vitesses de réaction, enregistré et interpréter les résultats en détail, adhérer à des protocoles de sécurité avancés, renforcer les concepts de cinétique chimique et de thermodynamique.

Essentiels de laboratoire

Instruments

  • Bécher (500ml et 1000ml)
  • Calorimètre
  • Balance électronique
  • Éprouvettes graduées (70 ml et 250 ml)
  • Spatules
  • Thermomètres
  • Minuteur
  • Pince à épiler

Produits

  • NH4Cl (poudre)
  • CaCO3 (poudre)
  • Éthanol (liquide)
  • HCl 1M (solution).
  • HCl 2M (solution).
  • NaOH 1M (solution)
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