Fondre puis vaporiser la même eau

Exercice de TD · niveau 2 · chimie (seconde), chapitre 5 — Transformations Physiques et Nucléaires · Changements d'état et transferts thermiques

Énoncé

On dispose d'une masse $m = 500 g$ d'eau.

Données : énergie massique de fusion de la glace $L_{fus} = 3, 34 \times 1 0^{5} J/kg$ ; énergie massique de vaporisation de l'eau $L_{vap} = 2, 26 \times 1 0^{6} J/kg$ .

1. Calculer l'énergie thermique à fournir pour faire fondre entièrement $500 g$ de glace à $0^{\circ} C$ .<br> 2. Calculer l'énergie thermique à fournir pour vaporiser entièrement $500 g$ d'eau liquide à $100^{\circ} C$ .<br> 3. Comparer les deux valeurs et interpréter la différence à l'échelle des molécules.

Corrigé

On convertit la masse : $m = 500 g = 0, 500 kg$ .

1. $Q_{fus} = m \times L_{fus} = 0, 500 \times 3, 34 \times 1 0^{5} = 1, 67 \times 1 0^{5} J$ , soit $167 kJ$ .<br> 2. $Q_{vap} = m \times L_{vap} = 0, 500 \times 2, 26 \times 1 0^{6} = 1, 13 \times 1 0^{6} J$ , soit $1130 kJ$ .<br> 3. Le rapport vaut $\frac{1 , 13 \times 1 0 ^{6}}{1 , 67 \times 1 0 ^{5}} \approx 6, 8$ : il faut près de sept fois plus d'énergie pour vaporiser que pour fondre. La fusion ne fait qu'assouplir les interactions entre molécules, qui restent proches les unes des autres ; la vaporisation les rompt presque toutes, puisque les molécules du gaz sont très éloignées et pratiquement libres. Les deux transformations sont endothermiques.

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