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Enthalpie de réaction. Position du problème La réaction de combustion dune bougie saccompagne dun dégagement de chaleur ; de même pour la réaction dun.

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1 Enthalpie de réaction

2 Position du problème La réaction de combustion dune bougie saccompagne dun dégagement de chaleur ; de même pour la réaction dun acide sur une base. La réaction de dissolution du nitrate dammonium dans leau saccompagne dune diminution de la température de leau La réaction destérification ne saccompagne daucun effet thermique Ci-contre : éthanoate de 3-méthylbutyle)

3 La thermodynamique chimique La thermodynamique chimique encore appelée thermochimie, étudie les échanges dénergie qui accompagnent les changements détats et les réactions chimiques. Elle permet dévaluer lénergie échangée lors dune réaction et détudier lévolution de la réaction (spontanée, totale, équilibre …).

4 Lenthalpie de réaction Lenthalpie dune réaction chimique, notée Δ r H, est lénergie thermique échangée lors de cette réaction chimique lorsquelle est effectuée à pression constante Elle sexprime en Joule par mole (J.mol -1 ou kJ.mol -1 ) Remarque : Lénergie thermique échangée lors dune réaction chimique effectuée à volume constant est égale à Δ r U, U étant lénergie interne.

5 Réaction chimique et effet thermique Une réaction endothermique est une réaction au cours de laquelle le système gagne (reçoit) de lénergie thermique (chaleur), Δ r H > 0. Une réaction exothermique est une réaction au cours de laquelle le système dégage (cède) de la chaleur, Δ r H < 0 Lors dune réaction athermique, il ny a pas déchange de chaleur, Δ r H = 0

6 Pouvoir calorifique Le pouvoir calorifique dun combustible est lénergie thermique dégagée lors de la réaction de combustion complète dun kilogramme de ce combustible.

7 Chaleur de réaction à partir des énergies de liaison Généralisation : Lenthalpie standard de dissociation de la molécule gazeuse AB à la température T notée D A – B correspond à la réaction : AB (g) = A (g) + B (g). (La rupture homolytique dune liaison correspond à la réaction de dissociation par laquelle une molécule est scindée en atomes ou radicaux libres). Les enthalpies standard de dissociation sont données dans les tables. Remarque : D C=O 2 D C - O. Exemple de la molécule H – Cl : Lénergie de la liaison H – Cl est lénergie quil faut fournir pour casser cette liaison ; elle est aussi appelée énergie ou enthalpie de dissociation et est notée D(H – Cl) Elle correspond à la réaction H – Cl(g) H(g) + Cl(g)

8 Chaleur de réaction à partir des énergies de liaison Exemple : CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g)+ 2 H 2 O (g) C(g) + 4 H + 4 O 2 liaisons C = O et 4 liaisons O – H sont formées (réaction inverse de les casser) - 2D(C = O) - 4 D(O – H) 4 liaisons C – H et de 2 liaisons O = O sont cassées + 4D(C – H) + 2 D(O = O) ΔH° r = 4D(C – H) + 2 D(O = O) - 2D(C = O) - 4 D(O – H) Généralisation : Δ r H° = ΣD(liaisons cassées) – ΣD(liaisons formées) Attention : si les molécules ne sont pas gazeuses, il faut tenir compte de lénergie nécessaire pour les rendre gazeuses

9 Chaleurs de changement détat Les changements détat se font à température constante. A chacun deux, correspond une enthalpie molaire de changement détat : Passage de solide à liquide : fusion : ΔH fusion Passage de liquide à gaz : vaporisation : ΔH vap Passage de solide à gaz : sublimation : ΔH sub Fusion du verre Sublimation de liode Vaporisation de leau : île de la Réunion mai 2007, Piton de la Fournaise

10 Et pour aller plus loin

11 Corps pur et corps pur simple Un corps pur est constitué dune seule espèce chimique : exemple de leau pure ne contient que des molécules H 2 O, Autres exemples : C 4 H 10, C 2 H 2 et O 2 Un corps pur simple est un corps pur dont lespèce chimique nest constituée que dun seul élément : exemple le gaz oxygène : O 2. Bouteille de Butane C 4 H 10. Bouteilles doxygène pur O 2 et dacétylène pur C 2 H 2 pour chalumeaux

12 État standard Létat standard dun constituant correspond son état le plus stable à la pression standard P° = 10 5 Pa et à la température T de lexpérience. Létat standard de référence dun élément à la température T est létat physique du corps pur simple le plus stable, sous une pression de 10 5 Pa, à la température T de lexpérience. Exemple à P = 10 5 Pa et T = 25 °C : Pour le carbone : le carbone graphite Pour loxygène : le gaz O 2

13 Chaleur de réaction à partir des chaleurs de formation Lenthalpie standard de formation dun composé chimique correspond à la variation denthalpie lors de la réaction de formation dune mole de ce composé, à pression constante, à partir des corps simples pris dans leur état standard de référence à la température T. Elle est notée Δ f H° sexprime en J.mol -1 ou en kJ.mol -1. Exemples : Lenthalpie de formation de leau ΔH° f (H 2 O) est lenthalpie de la réaction : H 2 (g) + ½ O 2 (g) = H 2 O(l) Lenthalpie de formation du méthane ΔH° f (CH 4 ) est lenthalpie de la réaction : 2 H 2 (g) + C(s) = CH 4 (g) Lenthalpie standard de formation dun corps simple correspond à létat standard de référence dun élément est nulle : Δ f H°(O 2 (g)) = 0. Plus une molécule est stable, plus son enthalpie de formation est basse.


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