Transformations Physiques
Exercice n°8 P 115 : Du froid pour soulager les sportifs.
1.
Sous pression atmosphérique, à 20°C, les trois gaz sont à l'état gazeux.
2.
Ils passent de l'état liquide à l'état gazeux, ils subissent la vaporisation.
3.
La vaporisation est endothermique. L'énergie est absorbée par la partie aspergée, ce qui entraine une baisse de température.
Exercice n°9 P 115 : Vaporisation du dioxyègne.
1.
A la pression atmosphérique à la température de 20°C supérieure à la tempéraure d'ébullition (-183°C), le dioxygène est à l'état gazeux.
2a.
La vaporisation est endothermique car $L_{vaporisation} \ > \ 0$.
2b.
Lors de cette vaporisation le gaz reçoit de l'énergie.
2c.
$Q \ = \ m \times L_{vaporisation} \ = \ 180.10^{ \ -3} \times 2,1.10^{ \ 5} \ = \ 3,8.10^{ \ 4} \ J$
Exercice n°10 P 115 : Fabrication d'une statue en bronze.
1.
Le bronze n'est pas un corps pur, sa température de fusion n'est pas référencée. Elle dépend des proportions des constituants du mélange.
2.
$Q \ = \ m \times L_{fusion} \ = \ 4,2.10^{ \ 5} \ J \ = \ 420 \ kJ$.
Exercice n°12 P 115 : De l'eau liquide aux glaçons.
1.
L'énergie massique de solidification est : $L_{solidification} \ = \ - L_{fusion} \ = \ -3,3.10^{ \ 5} J.kg^{ \ -1}$
2.
La solidification est exothermique car $L_{solidification} \ < \ 0$.
3.
$Q \ = \ m \times L_{fusion} \ = \ 120.10^{ \ -3} \times 3,3.10^{ \ 5} \ = \ 4,0.10^{ \ 4} \ J$
Exercice n°13 P 116 : Endothermique ou exothermique ?
1.
Une transformation Endothermique nécessite un apport d'énergie.
2.
Le caractère endothermique ou exothermique d'une transformation physique peut être mis en évidence par un suivi de l'évolution de la température du système.
3.
La combustion est exothermique.
Exercice n°14 P 116 : Deux solides pour former un liquide.
1.
Le contenu est liquide car il y a de l'eau liquide dans le milieu.
2.
La transformation est endothermique car la température a diminué.
Exercice n°16 P 116 : Boisson autochauffante.
1.
$CaO_{(s)} \ + \ H_2O_{(l)} \longrightarrow \ Ca(OH)_{2,(s)}$
2a.
Le liquide à réchauffer reçoit un transfert thermique.
2b.
Le compartiment inférieur cède ce transfert thermique.
3.
La transformation est donc exothermique.
Exercice n°26 P 118 : Fabrication d'un lingot d'or.
1.
Le transfert thermique a lieu de l'or liquide vers l'air. La transformation est donc exothermique.
2.
$Q \ = \ m \times L_{sol} \ = \ \rho \times V \ \times L_{sol} \ = \ 19,3 \times 2,6.10^{ \ -2} \times \left (-6,4.10^{ \ 4} \right ) \ = \ 3,2.10^{ \ 4} \ J$
Exercice n°28 P 119 : Une autre transformation chimique.
1a.
La température passe de 20,3°C à 23,1°C, elle augmente. La transformation est exothermique.
2.
Masses molaires moléculaires :
$\bullet$ Masse molaire de l'acide chlorhydrique $\left ( H^{ \ +}+Cl^{ \ -} \right )$ : $M \left (HCl \right ) \ = \ \left ( m_H + m_{Cl} \right ) \times \mathscr N_a \ = \left (1,67.10^{ \ -24} + 5,89.10^{ \ -23} \right ) \times 6,02.10^{ \ 23} \ = \ 36,5 \ g.mol^{ \ -1}$
$\bullet$ Masse molaire de l'hydroxyde de sodium $\left (Na^{ \ +} + HO^{ \ -} \right )$ : $M \left ( NaOH \right ) \ = \ \left ( m_{Na} + m_H \ + \ m_{O} \right ) \times \mathscr N_a \ = \left ( 3,82.10^{ \ -23} + 1,67.10^{ \ -24} + 2,66.10^{ \ -23} \right ) \times 6,02.10^{ \ 23} \ = \ 40,0 \ g.mol^{ \ -1}$
Masses initiales :
$\bullet \ m_{HCl} \ = \ C_{m1} \times V_1 \ = \ 7,1 \times 50,0.10^{ \ -3} \ = \ 3,65.10^{ \ -1} \ g$
$\bullet \ m_{NaOH} \ = \ C_{m2} \times V_2 \ = \ 40,0 \times 20,0.10^{ \ -3} \ = \ 8,0.10^{ \ -1} \ g$
Quantités de matières initiales :
$\bullet \ n_{H^{ \ +}} \ = \ \dfrac{m_{HCl}}{M_{HCl}} \ = \ \dfrac{ 3,65.10^{ \ -1}}{36,5} \ = 0,01 \ mol$
$\bullet \ n_{HO^{ \ -}} \ = \ \dfrac{m_{NaOH}}{M_{NaOH}} \ = \ \dfrac{ 8,0.10^{ \ -1}}{40,0} \ = 0,02 \ mol$
D'après l'équation de réaction 1 mole d'$H^{ \ +}$ réagit avec 1 mole d'$HO^{ \ -}$. Les ions $HO^{ \ -}$ sont donc en excès et les ions $H^{ \ +}$ sont limitants.
3.
En diminuant le volume d'acide chlorhydrique, on diminue aussi la quantité de matière introduite. La quantité d'énergie libérée sera moindre, la température augmentera, mais la température finale sera inférieure à celle de la première expérience.
Exercice n°29 P 120 : Une autre transformation chimique.
1.
Il s'agit d'une dissolution.
2.
$\bullet$ Dans le bécher 1, la température augmente, la transformation est exothermique.
$\bullet$ Dans le bécher 2, la température diminue, la transformation est endothermique.
$\bullet$ Dans le bécher 3, la température diminue, la transformation est endothermique.
3.
Pour produire du froid, il faudra donc utiliser un des poches 2 ou 3.
Cependant, la poche 2 sera la plus appropriée, car la transformation est plus endothermique.
Exercice n°31 P 120 : Soudure à l'eau.
1a.
La solidification de l'eau n'est pas une transformation chimique, mais un changement d'état.
1b.
La glace fondant, elle subit une fusion. Elle reçoit de l'énergie, il s'agit d'un processus endothermique. La solidification étant le processus inverse, il s'agit d'un processus exothermique.
2.
La dissolution du nitrate d'ammonium a généré une solidification de l'eau. Il s'agit d'un processus endothermique.
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