Exercices td chimie generale ii avancement combustion glucos
Teélécharger PdfTD de Chimie Générale II – Série 1
Exercice 1
Considérons la réaction de combustion du bore solide : 2B(s) + 3/2 O2(g) → B2O3(s).
1- Déterminer l’avancement de cette réaction dans les cas suivants :
- 4 moles de B(s) et 3 moles de O2(g),
- 2 moles de B(s) et 2 moles de O2(g),
- 2 moles de B(s), 2 moles de O2(g) et 2 moles de B2O3(s).
2- L’avancement serait-il identique si on considère la réaction : 4B(s) + 3O2(g) → 2B2O3(s) ? Conclure.
Exercice 2
La température de l’eau dans une bombe calorimétrique augmente de 1,617°C lorsqu’on y fait passer un courant électrique de 3,20 A sous une tension de 12,0 V pendant 27 s.
1- Calculer la capacité calorifique du calorimètre.
2- Dans cette bombe calorimétrique, on introduit 0,3212 g de glucose (C6H12O6 solide) avec la quantité exacte de dioxygène nécessaire à sa combustion. Après combustion, on observe une élévation de température de 7,793°C.
- Écrire la réaction de combustion du glucose.
- Calculer l’énergie interne standard de combustion à 25°C.
- En déduire l’enthalpie standard de combustion du glucose à 25°C.
- Déterminer l’enthalpie standard de formation du glucose solide à 25°C.
Données :
- Enthalpies standard de formation : ΔfH°(CO2, g) = -393,51 kJ.mol⁻¹, ΔfH°(H2O, liq) = -285,83 kJ.mol⁻¹.
Exercice 3
La chaleur de réaction de combustion du carbone en monoxyde de carbone ne peut être mesurée expérimentalement en raison de la formation simultanée de dioxyde de carbone. Calculer l’enthalpie standard de cette réaction à 298 K à partir des données suivantes :
- Enthalpie standard de combustion complète du carbone graphite : -393,51 kJ.mol⁻¹.
- Enthalpie standard de combustion du monoxyde de carbone : -283 kJ.mol⁻¹.
Exercice 4
À 298 K et sous pression standard, l’acroléine (C3H4O) est liquide.
- Écrire les réactions de formation et de combustion de l’acroléine dans ces conditions.
- Déterminer l’enthalpie standard de formation de l’acroléine à partir de son enthalpie de combustion, puis en utilisant les enthalpies de liaison. Comparer les deux valeurs et commenter.
Données :
- Enthalpies standard de formation (kJ.mol⁻¹) : ΔfH°(H2O, liq) = -285,83, ΔfH°(CO2, g) = -393,5, ΔfH°(C, g) = 716,7.
- Enthalpies standard de combustion et de vaporisation de l’acroléine liquide (kJ.mol⁻¹) : ΔcH°(C3H4O, liq) = -1628,53, ΔvapH°(C3H4O, liq) = 20,9.
- Enthalpies de liaison (kJ.mol⁻¹) : H-H = -436, O=O = -498, C=C = -615, C=O = -799, C-C = -345, C-H = -413.
Formule développée de l’acroléine :
H H
| |
C=C=C=O
| |
H H
Exercice 5
L’ammoniac (NH3) subit une décomposition thermique totale en phase gazeuse, produisant du diazote (N2) et du dihydrogène (H2) selon la réaction : 2NH3(g) → N2(g) + 3H2(g).
- Calculer la variation d’enthalpie standard ΔrH° à 298 K.
- Calculer la variation d’énergie interne standard ΔrU° à 298 K.
- Calculer la variation d’enthalpie standard ΔrH° à 598 K.
Données :
- Constante des gaz parfaits : R = 8,31 J.K⁻¹.mol⁻¹.
- Enthalpie standard de formation de NH3(g) à 25°C : ΔfH°(NH3, g) = -46,1 kJ.mol⁻¹.
- Capacités calorifiques molaires à pression constante (J.K⁻¹.mol⁻¹) : cp(N2, g) = 29,1, cp(H2, g) = 28,9, cp(NH3, g) = 35,1.
Exercice 6
On étudie la réaction de réduction de l’oxyde de magnésium (MgO) par le carbone (graphite) : MgO(s) + C(graphite) → Mg + CO(g). Le magnésium peut être solide, liquide ou gazeux selon la température. À 1 bar, il fond à 651°C et bout à 1107°C.
Déterminer l’enthalpie standard de cette réaction à T = 700°C.
Données :
- Enthalpies standard de formation à 298 K (kJ.mol⁻¹) : ΔfH°(CO, g) = -110,52, ΔfH°(MgO, s) = -601,83.
- Capacités calorifiques à pression constante (J.K⁻¹.mol⁻¹) : cp(Mg, s) = 23,89, cp(Mg, liq) = 32,51, cp(CO, g) = 29,31 + 3,07.10⁻³T, cp(MgO, s) = 37,42 + 0,37.10⁻³T, cp(C, graphite) = 11,29 + 10,87.10⁻³T.
- Enthalpie standard de fusion du magnésium : ΔfusH°(Mg) = 8,96 kJ.mol⁻¹.
Exercices à faire chez soi
Exercice I
À 25°C, on dispose des enthalpies standard de combustion suivantes :
- Carbone graphite : ΔcH°1 = -393,5 kJ.mol⁻¹.
- Soufre solide : ΔcH°2 = -297,1 kJ.mol⁻¹.
- Sulfure de carbone CS2 (liquide) : ΔcH°3 = -1109 kJ.mol⁻¹.
- Écrire les réactions de combustion de ces trois composés, en supposant que les produits sont CO2(g) et/ou SO2(g).
- Déterminer l’enthalpie standard de formation de CS2(liq) à 25°C.
- À partir des données suivantes :
- Enthalpie standard de formation de C(g) : ΔfH°4 = 74,2 kJ.mol⁻¹.
- Enthalpie standard de formation de S(g) : ΔfH°5 = 280,3 kJ.mol⁻¹.
- Enthalpie standard de vaporisation de CS2 : ΔvapH°6 = 26,8 kJ.mol⁻¹.
Calculer l’enthalpie de liaison S=C dans CS2 (formule développée : S=C=S).
Exercice II
On cherche à déterminer indirectement l’enthalpie standard de combustion du magnésium (ΔcH°298K) selon la réaction : Mg(s) + 1/2O2(g) → MgO(s). Pour cela, on réalise deux réactions (1) et (2) :
- Mg(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2(g) (ΔrH°1 = -435 kJ.mol⁻¹).
- MgO(s) + 2HCl(aq) → MgCl2(aq) + H2O(liq) (ΔrH°2 = -88,3 kJ.mol⁻¹).
- a- Exprimer l’enthalpie standard de la réaction (3) : Mg(s) + 1/2O2(g) → MgO(s), en fonction de ΔrH°1 et ΔrH°2.
- b- Calculer ΔrH°3.
2- Sachant que l’enthalpie standard de formation de l’eau liquide à 298 K est ΔfH°(H2O, liq) = -285,8 kJ.mol⁻¹, en déduire ΔcH°298K. Que représente cette enthalpie de combustion ?
3- Calculer l’enthalpie standard de combustion du magnésium à 1000 K (ΔcH°1000K) à partir des données suivantes :
- Capacités calorifiques molaires à pression constante à 298 K (J.K⁻¹.mol⁻¹) : cp(Mg, s) = 24,89, cp(Mg, liq) = 32,51, cp(MgO, s) = 37,07, cp(O2, g) = 29,96.
- Enthalpie standard de fusion du magnésium à 923 K : ΔfusH°(Mg) = 9 kJ.mol⁻¹.
Exercice III
Le plâtre de construction (CaSO4·1/2H2O) est produit par déshydratation du gypse (CaSO4·2H2O) à 400°C.
- Calculer l’enthalpie standard de la réaction de déshydratation du gypse à 25°C puis à 400°C. La réaction produit de l’eau vapeur.
- Le gypse est introduit dans le four à 25°C. Quelle énergie est nécessaire pour produire un sac de plâtre de 40 kg ?
- L’énergie est fournie par la combustion du carbone (C(s)) à 400°C dans l’air. L’air et le charbon sont introduits à 25°C, et on utilise le double de la quantité d’air nécessaire. Les gaz sont évacués à 400°C. Le rendement thermique du four est de 80%. Quelle quantité de charbon doit-on brûler pour produire un sac de plâtre de 40 kg ?
Données :
- Enthalpies standard de formation à 298 K (kJ.mol⁻¹) : ΔfH°(H2O, g) = -241,83, ΔfH°(gypse, s) = -2021, ΔfH°(plâtre, s) = -1575, ΔfH°(CO2, g) = -393,51.
- Capacités calorifiques molaires à pression constante (J.K⁻¹.mol⁻¹) : cp(CO2, g) = 34,11 + 20,40.10⁻³T, cp(O2, g) = 34,58 + 1,09.10⁻³T, cp(H2O, g) = 29,59 + 11,38.10⁻³T, cp(N2, g) = 27,17 + 4,18.10⁻³T.
- cp(gypse, s) = 186, cp(plâtre, s) = 120, cp(C, s) = 8,6.
- Enthalpie standard de vaporisation de H2O à 373 K : 40,5 kJ.mol⁻¹.
- L’air est considéré comme un mélange de 20% de O2 et 80% de N2 en moles.
FAQ
1. Qu’est-ce que l’avancement d’une réaction chimique ?
L’avancement (ξ) est une grandeur qui permet de quantifier l’évolution d’une réaction chimique. Il correspond à la quantité de matière qui a réagi ou formé selon l’équation chimique.
2. Pourquoi l’enthalpie standard de formation est-elle nécessaire pour calculer l’enthalpie de combustion ?
L’enthalpie standard de formation permet de déterminer l’énergie des réactifs et des produits dans leur état standard. En utilisant la loi de Hess, on peut calculer l’enthalpie de combustion à partir des enthalpies de formation des composés impliqués.
3. Comment interpréter une enthalpie de liaison négative ?
Une enthalpie de liaison négative indique que l’énergie est libérée lors de la formation d’une liaison chimique entre deux atomes. Cela signifie que la liaison est stable et que son énergie est inférieure à celle des atomes isolés.