L’objectif de ce TP est de déterminer l’énergie molaire de combustion de la paraffine.

Cette énergie molaire de combustion est l’énergie thermique dégagée par la combustion d’une mole de paraffine, elle s’exprime en J.mol-1.

Mise en œuvre au laboratoire

On se propose d'élever la température d'un volume V d’eau en utilisant l'énergie dégagée sous forme thermique par la combustion d'une bougie dont le constituant principal est la paraffine de formule brute C25H52.

Matériels et Produits

• Canette en aluminium
• Support élévateur
• Thermomètre
• Bougie chauffe-plat
• Balance au centième
• Éprouvette
• Eau

Protocole

Nous allons mesurer la masse (mc) d'une canette en aluminium vide

et noter cette valeur puis introduire dans la canette une masse : mE = 150 g d'eau distillée sortant du réfrigérateur.

Ensuite nous allons mesurer la masse m1 de la bougie et noter cette valeur.

Nous allons réaliser le montage expérimental ci-contre. En faisant plonger le thermomètre sans qu'il touche le fond

et nous allons noter la température initiale de l’eau θi.

Puis, enflammer la bougie et agiter régulièrement l’eau de la canette.

Enfin nous allons éteindre la flamme quand la température de l'eau a augmenté d'environ 20 °C.

Étant partie a 12,8C nous allons éteindre la flamme a partir de 32,8C environs

Et pour finir, agiter l'eau quelques instants et relever la valeur de sa température finale θf

et attendre quelques minutes que la bougie ait refroidi puis mesurer sa nouvelle masse m2 et noter sa valeur.

Exploitation

On appelle QE l'énergie libérée par la combustion de la bougie, Qeau l'énergie thermique reçu par l'eau et QAl l'énergie thermique reçu par la canette en aluminium

• Relation entre l'énergie thermique reçu par l'eau, l'énergie thermique reçu par la canette et l'énergie libérée par la combustion de la bougie

QE = Qeau + QAi

• On exprime l'énergie thermique reçu par l'eau en fonction de Ceau, me, Ti et Tf

Qeau = me x Ceau x (Tf - Ti)

Qeau = 150 x 4,18 x (31,7 - 12,8)

Qeau = 1,1850 = 1,18 x 10e4 J

• On exprime l'énergie thermique reçu par la canette en fonction de CAl, mc, Ti et Tf (En supposant que la température de la canette est égal a celle de l'eau)

QAl = mc x CAl x (Tf-Ti)

QAl = 30,6 x 0,897 x (31,7 - 12,8)

QAl = 518,8 J = 5.19 x 10e2 J

• D'après le principe de conservation de l'énergie (on ne prend pas en considération l'échange d'énergie avec l'air)
• Nous avons déduis des résultats précédents, QE, de l'énergie libérée par la combustion de la bougie

QE = Qeau + QAl

QE = 1.18 x 10e4 + 5.19 x 10e2

QE = 1,23 x 10e4 J

• On calcule la masse de bougie ayant brûlé

m(bougie ayant brûlé) = m1 - m2

m(bougie ayant brûlé) = 10,19 - 9,97

m (bougie ayant brûlé) = 0,22 g

• On détermine la valeur de l'énergie libérée par gramme de paraffine lors de la combustion

Pour 0.22g, la paraffine fournis 1.23 x 10e4 J donc pour 1g, la paraffine fournis une quantité d'énergie Q3

Q3 = (1,23 x 10e4) / 0,22

Q3 = 55900 J = 5,59 x 10e4 J

• L'énergie molaire de combustion est l'énergie thermique dégagée par la combustion d'une mole de paraffine
• On suppose que la bougie est constitué uniquement de paraffine de formule C25H52, on en déduis la valeur QEm de l'énergie molaire de combustion de la paraffine
• On calcule donc la masse molaire de la paraffine

Mp = 25 x C + H = 352 g.mol

• donc la quantité d'énergie fournis par une mole de paraffine

= Mparaffine x Q3

= 352 x 5,59 x 10e

= 1,96 x 10e7 J.mol-1

• On trouve une énergie molaire de combustion supérieur a la valeur theorique de l'énergie libérée par mole de paraffine car on n'a négligé les échanges d'énergie avec l'air
• On calcule la marge d'erreur avec le calcule suivant :

(1,96 x 10e7 - 1,52 x 10e7) / 1,52 x 10e 7

= 0,28 soit 28% de marge d'erreur