1 Calculer l'enthalpie standard de formation de l'eau à l'état gazeux ∆fH0(H2O( g)) 2
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Enthalpie libre standard de réaction : Notée r 0 Δ G ; elle peut être calculée de plusieurs façons : • soit à partir des f 0 Δ G enthalpie libre de formation données
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chaleurs de combustion, de dissolution ou de changement d'états, il est Notée ∆fHo ; elle correspond à l'enthalpie standard de formation d'un corps composé
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L'enthalpie standard d'une réaction est la combinaison linéaire des enthalpies standards des réactions qui la constituent Exemple Déterminer de l'enthalpie
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Lorsque tous les constituants du système sont dans leur état standard ∆ r H → ∆ r H0 : enthalpie standard de réaction ∆ r S → ∆ r S0 : entropie standard
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L'enthalpie standard de réaction par mole d'éthanol formée est ΔH0f (C2H5OH, l ) = – 555 38 kJ / 2 = – 277 69 kJ⋅mol–1 L'enthalpie standard de toute réaction
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où Hi°: enthalpie molaire standard * énergie interne standard de réaction ∆rU° : ∆rU° = ∑ νi*Ui° où Ui °: énergie interne molaire standard * entropie standard
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1 Calculer l'enthalpie standard de formation de l'eau à l'état gazeux ∆fH0(H2O( g)) 2
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Pour calculer l'enthalpie standard d'une réaction chimique, il suffit de combiner les enthalpies de formation des réactifs et des produits de la manière suivante :
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On peut calculer l'enthalpie standard de la réaction à partir des enthalpies standards molaires de formation Loi de HESS : La variation de l'enthalpie standard d'
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Enthalpie de FormationEnthalpie de FormationEnthalpie de FormationEnthalpie de Formation
Exercice 1Exercice 1Exercice 1Exercice 1 : : : : FFFFormation de l"acide benzoïqueormation de l"acide benzoïqueormation de l"acide benzoïqueormation de l"acide benzoïque
1. Connaissant la formule de l"acide benzoïque C6H5COOH(s),
écrire l"équation de sa combustion dans le dioxygène de l"air.2. Calculer son enthalpie standard de formation à 298K, sachant
qu"il est solide dans les conditions standards.Données à T = 298K : Δ
combH0(C6H5COOH(s)) = -3227,8 kJ. fH0(CO2(g)) = -393,1 kJ.mol-1, ΔfH0(H2O(l)) = -285,5 kJ.mol-1Exercice Exercice Exercice Exercice 2222 : : : : Formation de la vapeur d"eauFormation de la vapeur d"eauFormation de la vapeur d"eauFormation de la vapeur d"eau
1. Calculer l"enthalpie standard de formation de l"eau à l"état
gazeux Δ fH0(H2O(g)).2. En déduire la valeur de cette enthalpie de formation à 600K.
Données à 298K : Δ
fH0(H2O(l)) = -285,5 kJ.mol-1, L vap(H20) = 44,0 kJ.mol-1, CP(H2O(g)) = 30,1 J.mol.K-1, C P(H2(g)) = 29,3 J.mol.K-1, CP(O2(g)) = 25,5 J.mol.K-1.Exercice Exercice Exercice Exercice 3333 : : : : Conversion de l"éthanolConversion de l"éthanolConversion de l"éthanolConversion de l"éthanol
On cherche à déterminer l"enthalpie standard ΔrH0 de la réaction de conversion de l"éthanol CH3CH2OH en acide
éthanoïque CH
3COOH, connaissant l"enthalpie de combustion
de l"acide éthanoïque Δ rH01 = -875 kJ.mol-1, et de l"éthanol ΔrH02 = -1368 kJ.mol -1.1. Sachant que lors d"une réaction de combustion, le carbone se
retrouve sous forme de CO2 gazeux et l"hydrogène sous
forme d"eau liquide, écrire les équations des réactions de combustion mises en jeu. Le nombre stchiométrique de l"espèce considérée aura pour valeur 1 (en valeur absolue).2. Ecrire l"équation traduisant l"oxydation de l"éthanol en acide
éthanoïque et en déduire la valeur de Δ rH0.3. Retrouver cette valeur à partir des enthalpies standard de
formation suivantes : 01 3 01 2 01 3 2484,5 .
285,8 .
277,7 .fl
f l f lH CH COOH kJ molH H O kJ mol
H CH CH OH kJ mol
?D = -? ?D = -? ?D = -?Exercice Exercice Exercice Exercice 4444 : : : : Oxydation du diazoteOxydation du diazoteOxydation du diazoteOxydation du diazote
On étudie l"oxydation du diazote N2 en monoxyde d"azote NO, se produisant à haute température dans les chambres de combustion des moteurs à explosion. L"enthalpie standard de réaction associée à l"équation 1 12 22 2
g g gN O NO+ = vaut ()01298 90 .fH K kJ mol-D =.1. Quel nom porte la grandeur
0 fHD ? Quelles sont les conditions thermodynamiques qui doivent être réunies pour que 0 fHD corresponde à une quantité de chaleur échangée ? Préciser alors si la réaction est exothermique ou endothermique, et rappeler la signification de ces 2 termes.2. Justifier à l"aide de la loi de Kirchhoff le fait que
0 fHD ne dépende que très faiblement de la température (variation inférieure à 1J.mol.K -1 à 298K). On considèrera les capacités thermiques molaires à pression constante des gaz diatomiques voisines de 072P mC R=.
3. Le monoxyde d"azote s"oxyde rapidement dans l"air en
dioxyde d"azote, gaz toxique à l"origine des pluies acides et de la destruction de la couche d"ozone. L"enthalpie standard de formation du dioxyde d"azote NO2(g) étant de 34 kJ.mol-1,
calculer l"enthalpie standard Δ rH° de la réaction d"oxydation du monoxyde d"azote en dioxyde d"azote : 1 2 2 2 g g gNO O NO+ =Exercice Exercice Exercice Exercice 5555 : : : : Réaction exothermique ou endothermiqueRéaction exothermique ou endothermiqueRéaction exothermique ou endothermiqueRéaction exothermique ou endothermique
Déterminer l"enthalpie standard de la réaction associée à chacune des équations suivantes, à 298K. En déduire si la réaction est endothermique ou exothermique. Indiquer selon le cas d"où provient l"énergie ou quelle utilisation peut être faite de l"énergie produite.1. La combustion du méthane fournit du dioxyde de carbone et
de l"eau selon : ( ) ( ) ( ) ( )4 2 2 22 2g g g lCH O CO H O+ ® +2. La photosynthèse se déroule dans les plantes et permet de
convertir dioxyde de carbone et eau en sucre et dioxygène selon : ( ) ( ) ( ) ( )2 2 6 12 6 26 6 6g l l gCO H O C H O O+ ® +Données :
CH4(g) O2(g) CO2(g) H2O(l) C6H12O6(l)
ΔfH°(298K)
en kJ.mol -1 -74,87 0 -393,5 -285,8 -1268Exercice Exercice Exercice Exercice 6666 : : : : A propos du méthanolA propos du méthanolA propos du méthanolA propos du méthanol
On étudie la préparation industrielle du méthanol en présence d"un catalyseur selon l"équation (1) ( ) ( ) ( )2 32g g gCO H CH OH+ =. Les réactifs sont introduits dans les proportions stchiométriques et on suppose de plus la réaction totale.1. Calculer l"enthalpie standard de la réaction à 298K et 523K
2. La température de vaporisation du méthanol est de 337K.
Proposer un cycle thermodynamique, faisant intervenir l"enthalpie de vaporisation du méthanol ()01337 37,4 .vapH K kJ mol-D =, permettant de déterminer l"enthalpie standard de la réaction d"équation (2) ( ) ( ) ( )2 32g g lCO H CH OH+ = à 298K. Faire l"AN.3. En déduire l"enthalpie standard de formation du méthanol
liquide à 298K4. Le méthanol peut être utilisé comme carburant, il se produit
alors la réaction de combustion d"équation (3) : 33 2 2 2
22l g g lCH OH O CO H O+ = +. Quelle est
l"énergie libérée par la combustion d"une mole de méthanol liquide à 298K ?Données : Δ
fH°(CO2(g), 298K) = -393,5 kJ.mol-1. CO (g) H2(g) H2O(l) CH3OH(g) CH3OH(l)ΔfH°(298K)
en kJ.mol -1 -110,5 0 -285,8 -201,2 0 ,P mC en J.mol -1.K-1 28,6 27,8 8,4 81,1Supplément EXERCICES Supplément EXERCICES Supplément EXERCICES Supplément EXERCICES ---- TH7 TH7 TH7 TH7 ---- Thermochimie Thermochimie Thermochimie Thermochimie ---- Feuille 1/2 Feuille 1/2 Feuille 1/2 Feuille 1/2
Combustion et Combustion et Combustion et Combustion et Température de FlammeTempérature de FlammeTempérature de FlammeTempérature de Flamme
Exercice Exercice Exercice Exercice 7777 : Combustion d"un gaz naturel: Combustion d"un gaz naturel: Combustion d"un gaz naturel: Combustion d"un gaz naturel
On s"intéresse à la combustion du gaz naturel, assimilé à du méthane dans le dioxygène : ( ) ( ) ( ) ( )4 2 2 22 2g g g lCH O CO H O+ ® + On donne les enthalpies standards de formation à 298K, en kJ.mol -1 :Espèces CH
4(g) O2(g) CO2(g) H2O(l)
ΔfH0 -74,4 0 -393,5 -285,8
1. Justifier précisément le fait que l"enthalpie standard de
formation du dioxygène gazeux à 298K soit nulle.2. En déduire la valeur de l"enthalpie standard de la réaction de
combustion du méthane, notée Δ rH10. On considère une enceinte de volume V = 1,00 m3 de gaz
naturel, assimilé à du méthane pur, gaz parfait pris à 298K sous une pression P0 =1,00 bar.
3. Calculer la quantité n de méthane contenue dans cette
enceinte.4. Calculer l"énergie libérée par la combustion totale de cette
quantité n de méthane à T = 298K fixée et à P0 = 1 bar fixée.
5. Combustion dans l"air : rappeler les trois principaux
(proportions molaires) constituants de l"air atmosphérique sec, par ordre décroissant de quantité.6. Calculer le volume d"air (mélange de GP contenant 20% de
dioxygène) nécessaire à la combustion de cette quantité de méthane. On appelle TEP (tonne équivalent pétrole) l"unité correspondant à l"énergie libérée par la combustion d"une tonne de pétrole àT = 298K sous la pression P
0. On donne 1 TEP = 42.109 J.
7. Calculer la masse de méthane dont la combustion, dans les
mêmes conditions peut libérer une énergie de 1 TEP.8. A masse égale, le méthane est-il un combustible plus ou
moins efficace que le pétrole ? On considère maintenant que la réaction se déroule dans une enceinte adiabatique, et on considère la réaction de combustion du méthane, l"eau étant à présent obtenue à l"état gazeux. L"enthalpie standard de réaction associée vaut : rH1 = -805,8 kJ.mol-1.9. Déterminer la température finale atteinte par le mélange
gazeux, les réactifs étant introduits dans les proportions stoechiométriques à la température initiale de 298K, si l"oxydation se fait uniquement avec du dioxygène pur.10. Même question si l"oxydation se fait avec de l"air.
La combustion du méthane peut également s"effectuer suivant la réaction de combustion incomplète traduite par l"équation : ( ) ( ) ( ) ( )4 2 21,5 2g g g lCH O CO H O+ ® + de constante réaction Δ rH20 = -533,3 kJ.mol-1 à 298K11. Citer deux gros inconvénients de cette réaction par rapport à
la première combustion (= combustion complète).Exercice 8Exercice 8Exercice 8Exercice 8 : Oxydation du monoxyde de carbone: Oxydation du monoxyde de carbone: Oxydation du monoxyde de carbone: Oxydation du monoxyde de carbone
On étudie la réaction en phase gazeuse d"équation : ( ) ( ) ( ) ( )2 2 2g g g gCO H O CO H+ ® +1. Rappeler la définition de l"enthalpie standard de réaction et
de l"enthalpie standard de formation. Pourquoi l"enthalpie standard de formation du dihydrogène gazeux est-elle nulle ?2. Déterminer l"enthalpie standard de la réaction à la
température T i = 500K.3. Déterminer la température de flamme atteinte par le
mélange réactionnel en fin de réaction, sachant que les réactifs sont introduits dans les proportions stchiométriques (n moles engagées) à la température initiale Ti = 500K dans une enceinte adiabatique maintenue à la pression standard P°, et que la réaction est rapide et totale.Données :
CO (g) H2(g) H2O(g) CO2(g)ΔfH°(298K)
en kJ.mol -1 -110,5 0 -241,8 -393,5 0 ,P mC en J.mol -1.K-1 28,9 27,8 33,6 46,7Exercice 9Exercice 9Exercice 9Exercice 9 : Combustion du Zinc: Combustion du Zinc: Combustion du Zinc: Combustion du Zinc
On étudie la réaction du Zinc avec le dioxygène de l"air, dans les proportions stchiométriques (n moles de Zn engagées).Il s"agit d"une combustion (réaction d"oxydoréduction exothermique) : 1 22s g sZn O ZnO+ ®
1. De quel type de réaction s"agit-il ? Calculer l"enthalpie
standard de la réaction à 298K.2. La transformation est isobare, et la réaction étant de plus
totale et rapide, déterminer la température finale atteinte par le système.3. Quelle quantité de matière de diazote doit-on introduire
pour atteindre une température finale de 330K ? On prendra n = 1,00 mol.Données :
Zn (s) O2(g) ZnO(s) N2(g)ΔfH°(298K)
en kJ.mol -1 0 0 -348,1 0 0 ,P mC en J.mol -1.K-1 25,4 29,4 40,3 29,3Exercice 10Exercice 10Exercice 10Exercice 10 : Obtention d"un ciment: Obtention d"un ciment: Obtention d"un ciment: Obtention d"un ciment
Le ciment Portland (catégorie la plus utilisée) est élaborée par réaction, dans un four chauffé à 1700K, d"un mélange de calcaire (CaCO3) et d"argile (constitué d"oxyde de silicium SiO 2 et d"oxyde d"aluminium Al