Exercices td chimie generale ii serie1 diagrammes hess et av
Teélécharger PdfExercice 1 : Variation d’enthalpie de réaction
Réaction : 2B (s) + 3/2 O2 (g) → B2O3 (s)
Cas a
État initial (t = 0) : 4 mol de B (s) et 3 mol de O2 (g)
État final (tf) : 4 - 2ξ mol de B (s), 3 - 3/2ξ mol de O2 (g), ξ mol de B2O3 (s)
ξ1 = 2 mol
Cas b
État initial (t = 0) : 2 mol de B (s) et 2 mol de O2 (g)
État final (tf) : 2 - 2ξ mol de B (s), 2 - 3/2ξ mol de O2 (g), ξ mol de B2O3 (s)
ξ2 = 1 mol
Cas c
État initial (t = 0) : 2 mol de B (s) et 2 mol de O2 (g)
État final (tf) : 2 - 2ξ mol de B (s), 2 - 3/2ξ mol de O2 (g), ξ mol de B2O3 (s)
ξ3 = 1 mol
Variation d’enthalpie
La quantité de chaleur échangée est indépendante de l’écriture de la réaction : Q = ξ.ΔrH1 = ξ’.ΔrH2
Exercice 3 : Diagramme de Hess et enthalpie de formation
Données thermochimiques à 298 K :
- (1) C (gr) + O2 (g) → CO2 (g) ; ΔcH°298K (C, gr) = -393,51 kJ.mol⁻¹
- (2) CO (g) + 1/2 O2 (g) → CO2 (g) ; ΔcH°298K (CO, g) = -283 kJ.mol⁻¹
- (3) C (gr) + 1/2 O2 (g) → CO (g) ; ΔcH°298K (C, gr) = -110,51 kJ.mol⁻¹
Relation entre les enthalpies
La réaction (3) peut être obtenue par la combinaison des réactions (1) et (2) :
ΔcH°298K (C, gr) → CO (g) = ΔcH°298K (C, gr) → CO2 (g) - ΔcH°298K (CO, g) → CO2 (g)
Diagramme de Hess
Pour calculer l’enthalpie de formation du CO (g) à partir des enthalpies de combustion, on utilise le diagramme de Hess.
Exercice 4 : Enthalpie de formation de l’acroléine
Réactions
1. Réaction de formation de l’acroléine : 3C (gr) + 2H2 (g) + 1/2 O2 (g) → C3H4O (l)
2. Réaction de combustion de l’acroléine : C3H4O (l) + 7/2 O2 (g) → 3CO2 (g) + 2H2O (l)
Calcul de l’enthalpie standard de formation
ΔcH° = 2ΔfH° (H2O, l) + 3ΔfH° (CO2, g) - ΔfH° (C3H4O, l)
ΔfH° (C3H4O, l) = 2ΔfH° (H2O, l) + 3ΔfH° (CO2, g) - ΔcH°
Application numérique : ΔfH° (C3H4O, l) = 2(-285,83) + 3(-393,5) + 1628,53 = -123,63 kJ.mol⁻¹
Calcul à partir des énergies de liaison
ΔfH° (C3H4O, l) = 3ΔfH° (C, gr) - 2ΔlH° (H-H) - 1/2 ΔlH° (O=O) + 4ΔlH° (C-H) + ΔlH° (C-C) + ΔlH° (C=C) + ΔlH° (C=O) - ΔvapH°298K (C3H4O, l)
Application numérique : ΔfH° (C3H4O, l) = 3(716,7) + 2(436) + (498/2) - 4(413) - 345 - 615 - 799 - 20,9 = -160,8 kJ.mol⁻¹
Explication des différences
La différence entre les deux valeurs s’explique par le fait que les énergies de liaison tabulées sont des valeurs moyennes, ce qui rend le calcul moins précis.
Exercice 5 : Variation d’enthalpie et d’énergie interne
Réaction : 2NH3 (g) → N2 (g) + 3H2 (g)
Variation d’enthalpie standard à 298 K
ΔrH°298K = -2 × ΔfH°298K (NH3, g)
Application numérique : ΔrH°298K = -2 × (-46,1) = 92,2 kJ.mol⁻¹
Variation d’énergie interne standard à 298 K
ΔrU°298K = ΔrH°298K - Δrν(g).R.T
Δrν(g) = 4 - 2 = 2 mol
Application numérique : ΔrU°298K = 92,2 - 2 × 8,31 × 10⁻³ × 298 = 87,25 kJ.mol⁻¹
Variation d’enthalpie standard à 598 K
ΔrH°598K = ΔrH°298K + Δcp × (598 - 298)
Δcp = 45,6 J.K⁻¹.mol⁻¹
Application numérique : ΔrH°598K = 92,2 + 45,6 × 10⁻³ × 300 = 105,88 kJ.mol⁻¹
Exercice 6 : Enthalpie de réaction à différentes températures
Réaction : MgO (s) + C (gr) → Mg (s) + CO (g)
Variation d’enthalpie standard à 298 K
ΔrH°298K = ΔfH°298K (CO, g) - ΔfH°298K (MgO, s)
Application numérique : ΔrH°298K = -110,52 - (-601,83) = 491,31 kJ.mol⁻¹
Variation d’enthalpie standard à 973 K
ΔrH°973K = ΔrH°298K + ΔfusH° (Mg, s) × (924 - 298) + Δcp (Mg) × (973 - 924) + Δcp (CO) × (973 - 298) + Δcp (MgO) × (973 - 298)
Application numérique : ΔrH°973K = 500,22 kJ.mol⁻¹
FAQ sur les enthalpies de réaction
1. Pourquoi la quantité de chaleur échangée est-elle indépendante de l’écriture de la réaction ?
La quantité de chaleur échangée dépend uniquement de l’état initial et final du système, et non du chemin suivi. Ainsi, multiplier ou diviser une réaction par un facteur n’entraîne pas de changement dans la valeur de l’enthalpie molaire standard.
2. Qu’est-ce que le diagramme de Hess ?
Le diagramme de Hess est une représentation graphique des réactions chimiques permettant de calculer l’enthalpie d’une réaction à partir des enthalpies de formation ou de combustion d’autres réactions reliées.
3. Pourquoi les calculs à partir des énergies de liaison sont-ils moins précis ?
Les énergies de liaison tabulées sont des valeurs moyennes qui ne tiennent pas compte des variations spécifiques selon les molécules ou les environnements réactionnels, ce qui introduit des imprécisions dans les calculs.