Question 2
Énoncé
On place de l'eau liquide à 0°C et 50 g de glace à la température de 0°C sous la pression standard P° = 1 bar dans une bouteille thermos. Après avoir été abandonnée à la température ambiante (environ 30°C) pendant 12 h, cette bouteille ne contient plus que 41 g de glace : les parois de ce récipient ne sont donc pas réellement adiabatiques.
Quelle quantité de chaleur QP, exprimée en kJ, ce dispositif a-t-il échangé avec son environnement pendant ces 12 h d'abandon ?
Données :
\(\Delta_{fus}H°(H_2O)\) = 6 kJ.mol-1
M(H2O) = 18 g.mol-1
Aide simple :
La bouteille thermos* constitue un système fermé (il n'y a pas d'échange de matière, mais il y a échange d'énergie avec le milieu extérieur sous forme de chaleur). Cet échange est réalisé dans des conditions isobares (P = P°).
* Une bouteille thermos ne peut être considérée comme un récipient réellement adiabatique que pendant de courtes durées (quelques minutes).
Rappel de cours :
La chaleur échangée à pression constante par un système fermé est égale à la variation d'enthalpie de ce système : \(Q_P = \Delta H\).
Résultat
Correction
Explications
Le contenu de la bouteille thermos est le siège d'un changement d'état (fusion) isobare : H2O (s) = H2O (l)
La quantité de glace consommée vaut 50 - 41 = 9 g, soit 0,5 mol d'eau.
D'où la variation d'enthalpie \(\Delta H\) de ce système, c'est à dire la chaleur QP échangée pour que ce processus puisse avoir lieu : \(Q_P = \Delta H =\xi \times \Delta_{fus}H°(H_2O) = 0,5 \times 6\) = 3kJ
Le signe de cette énergie thermique indique qu'elle est transférée du milieu extérieur chaud au contenu plus froid de la bouteille thermos.