Chapitre 5 : Thermochimie 1

Les tables thermochimiques Pour déterminer les grandeurs (ΔH, ΔU, ΔS…) associées à une réaction chimique on utilise des tables

Les tables thermochimiques Pour déterminer les grandeurs (ΔH, ΔU, ΔS…) associées à une réaction chimique on utilise des tables Cf « Handbook »

Les tables thermochimiques Pour déterminer les grandeurs (ΔH, ΔU, ΔS…) associées à une réaction chimique on utilise des tables On ne peut pas tabuler les grandeurs de réaction pour tout T et tout P Cf « Handbook »

Les tables thermochimiques Pour déterminer les grandeurs (ΔH, ΔU, ΔS…) associées à une réaction chimique on utilise des tables On ne peut pas tabuler les grandeurs de réaction pour tout T et tout P Cf « Handbook » Trop de tables

Les tables thermochimiques Solution

Les tables thermochimiques Solution L’état standard

Les tables thermochimiques Solution L’état standard Etat standard Défini à T et P = P° = 1 bar

Les tables thermochimiques Solution L’état standard Etat standard Défini à T et P = P° = 1 bar Gaz à P et T : Gaz parfait à T et P°

Les tables thermochimiques Solution L’état standard Etat standard Défini à T et P = P° = 1 bar Gaz à P et T : Gaz parfait à T et P° Phase condensée à P et T : Constituant pur, dans le même état physique à T et P°

Les tables thermochimiques Solution L’état standard Etat standard Défini à T et P = P° = 1 bar Gaz à P et T : Gaz parfait à T et P° Phase condensée à P et T : Constituant pur, dans le même état physique à T et P° Solution acqueuse à P et T : Concentration C° = 1 mol/L, interactions entre particules du soluté négligeable à T et P°

L’état standard L’état standard est un état réel ou fictif, idéal, qui permet de calculer les grandeurs de réactions.

L’état standard L’état standard est un état réel ou fictif, idéal, qui permet de calculer les grandeurs de réactions. On déduit ensuite les grandeurs du système réel par comparaison avec le système standard

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar Fe(γ), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar Fe(γ), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar Fe(γ), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar Fe(γ), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar Fe(γ), 800°C, 1 bar

L’état standard Exemples , 40°C, 1bar , 40°C, 1bar , 40°C, bar , GP, 40°C, 1bar Solution , mol/L Solution , 1 mol/L, 1bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(α), 800°C, 1 bar Fe(γ), 800°C, bar Fe(γ), 800°C, 1 bar

L’état standard Variétés stables du fer

Etat standard de référence

Etat standard de référence Etat standard de la phase thermodynamique stable à la température considérée (et à P° = 1bar)

Etat standard de référence Etat standard de la phase thermodynamique stable à la température considérée (et à P° = 1bar) Exemples : à 25°C , , , , ,

Etat standard de référence Etat standard de la phase thermodynamique stable à la température considérée (et à P° = 1bar) Exemples : à 25°C , , , , , À 1000°C, ,

Etat standard de référence Etat standard le plus simple dans l’état physique le plus stable à la température considérée (et à P° = 1bar) Exemples : à 25°C , , , , , À 1000°C, , Cas particuliers : H, N, O, Cl toujours gaz diatomique C graphite

Système chimique standard Système associé au système réel

Système chimique standard Système associé au système réel Tous les constituants du système sont pris dans leur état standard à T

Système chimique standard Système associé au système réel Tous les constituants du système sont pris dans leur état standard à T Réaction chimique standard :

Système chimique standard Système associé au système réel Tous les constituants du système sont pris dans leur état standard à T Réaction chimique standard : On fait les calculs sur la système standard (simple) et ont déduit ensuite les résultats pour le système réel

Grandeurs standard de réaction On travaille avec des grandeurs molaires

Grandeurs standard de réaction On travaille avec des grandeurs molaires Ne dépend pas du nombre de moles qui réagissent

Grandeurs standard de réaction On travaille avec des grandeurs molaires Ne dépend pas du nombre de moles qui réagissent

Grandeurs standard de réaction On travaille avec des grandeurs molaires Identité d’Euler : Ne dépend pas du nombre de moles qui réagissent

Grandeurs standard de réaction On travaille avec des grandeurs molaires Identité d’Euler : Ne dépend pas du nombre de moles qui réagissent

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système Enthalpie molaire standard de chaque constituant

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système Enthalpie molaire standard de chaque constituant Nombre stœchiométrique

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système Enthalpie molaire standard de chaque constituant Avancement Nombre stœchiométrique

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système Enthalpie et énergie molaire standard d’un constituant Enthalpie molaire standard de chaque constituant Avancement Nombre stœchiométrique

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système Enthalpie et énergie molaire standard d’un constituant GP : , et Enthalpie molaire standard de chaque constituant Avancement Nombre stœchiométrique

Grandeurs standard de réaction Enthalpie standard du système Enthalpie et énergie molaire standard d’un constituant GP : , et Phase condensée : Enthalpie molaire standard de chaque constituant Avancement Nombre stœchiométrique

Grandeurs standard de réaction H(T, P, ξ)

Grandeurs standard de réaction H(T, P, ξ)

Grandeurs standard de réaction H(T, P, ξ) 90% du temps les réactions chimiques étudiées se passent à température et pression constantes

Grandeurs standard de réaction H(T, P, ξ) 90% du temps les réactions chimiques étudiées se passent à température et pression constantes

Grandeurs standard de réaction H(T, P, ξ) 90% du temps les réactions chimiques étudiées se passent à température et pression constantes On introduit l’opérateur de Lewis

Grandeurs standard de réaction Enthalpie de réaction

Grandeurs standard de réaction Enthalpie de réaction Enthalpie standard de réaction

Grandeurs standard de réaction Enthalpie de réaction Enthalpie standard de réaction Rq : On peut définir de même et

Grandeurs standard de réaction Enthalpie de réaction Enthalpie standard de réaction GP : Rq : On peut définir de même et

Grandeurs standard de réaction Enthalpie de réaction Enthalpie standard de réaction GP : Phases condensées : Rq : On peut définir de même et

Grandeurs standard de réaction Variation d’enthalpie molaire

Grandeurs standard de réaction Variation d’enthalpie molaire H est une fonction d’état qui ne dépend pas du chemin suivi mais seulement de l’état initial et final

Grandeurs standard de réaction Variation d’enthalpie molaire Exemple : H est une fonction d’état qui ne dépend pas du chemin suivi mais seulement de l’état initial et final

Grandeurs standard de réaction Variation d’enthalpie molaire Exemple : Donner l’expression de l’enthalpie standard de réaction en fonction des enthalpies molaires standard des constituants H est une fonction d’état qui ne dépend pas du chemin suivi mais seulement de l’état initial et final

Chaleur latente molaire La chaleur latente molaire est l’energie nécessaire pour transformer 1 mole d’un corps pur, à pression et température fixées, d’une phase à une autre phase

Chaleur latente molaire La chaleur latente molaire est l’energie nécessaire pour transformer 1 mole d’un corps pur, à pression et température fixées, d’une phase à une autre phase Exemple : 

Enthalpie standard de formation

Enthalpie standard de formation

Enthalpie standard de formation

Enthalpie standard de formation Exemple poly

Loi de Hess

Loi de Hess Très importante pour les exercices

Loi de Hess Très importante pour les exercices Preuve : (on fait un cycle)

Loi de Hess Exemple : Equilibre de Boudouard Calculer .

Loi de Kirchhoff

Loi de Kirchhoff On l’utilise souvent sous la forme :

Loi de Kirchhoff On l’utilise souvent sous la forme : Cette loi permet de déterminer à toutes les températures

Loi de Kirchhoff Il existe deux approximations pour

Loi de Kirchhoff Il existe deux approximations pour

Exemples

Exemples

Exemples

Réacteur isobare et isotherme

Réacteur isobare et isotherme

Réacteur isobare et isotherme

Réacteur isobare et isotherme

Réacteur isobare et isotherme

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc :

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc :

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc : Q > 0 : endothermique

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc : Q > 0 : endothermique

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc : Q > 0 : endothermique Q < 0 : exothermique

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc : Q > 0 : endothermique Q < 0 : exothermique

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc : Q > 0 : endothermique Q < 0 : exothermique Q = 0 : athermique

Réacteur isobare et isotherme ξ > 0 donc : Q > 0 : endothermique Q < 0 : exothermique Q = 0 : athermique

Réacteur isobare et isotherme Exemple : 1°) La réaction est-elle endothermique ou exothermique? 2°) Que vaut le transfert thermique reçu par le système lors de la formation d’un kg d’eau?

Réacteur isobare et adiabatique Isotherme

Réacteur isobare et adiabatique Isotherme Température constante

Réacteur isobare et adiabatique Isotherme Température constante Le thermostat absorbe la chaleur

Réacteur isobare et adiabatique Isotherme Température constante Le thermostat absorbe la chaleur Adiabatique Température varie Le système absorbe la chaleur

Réacteur isobare et adiabatique Isotherme Température constante Le thermostat absorbe la chaleur Adiabatique Température varie Le système absorbe la chaleur Que vaut ∆H pour une transformation adiabatique et isobare?

Réacteur isobare et adiabatique Isotherme Température constante Le thermostat absorbe la chaleur Adiabatique Température varie Le système absorbe la chaleur Que vaut ∆H pour une transformation adiabatique et isobare? ∆H = Q = 0

Réacteur isobare et adiabatique H est une fonction d’état, on peut choisir n’importe quel chemin pour déterminer TF

Réacteur isobare et adiabatique H est une fonction d’état, on peut choisir n’importe quel chemin pour déterminer TF

Réacteur isobare et adiabatique

Réacteur isobare et adiabatique

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0 ∆H1 = ?

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0 ∆H1 =

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0 ∆H1 = ∆H = 0

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0 ∆H1 = ∆H2 = ? ∆H = 0

Réacteur isobare et adiabatique ∆H = 0 ∆H1 = ∆H2 = ∆H = 0

Réacteur isobare et adiabatique Exemple : l’oxydation d’Ostwald On considère la réaction suivante, à 300K et 1bar, où tous les constituants sont gazeux : 1°) Calculer l'enthalpie standard de réaction à l'aide des enthalpies molaires standard des constituants. Cette réaction est-elle endo ou exothermique? 2°) On fait cette réaction dans une enceinte adiabatique, à la pression constante de 1 bar et les gaz initiaux sont introduits à 300K, dans des proportions stœchiométriques. La réaction est supposée totale. Calculer la température absolue atteinte en fin de réaction, sachant que les capacités thermiques molaires à pression constante sont : - Pour les gaz diatomiques : 27,2 + 0,004T (J/mol/K) = CPm1 - Pour H2O gaz : 34,3 + 0,008T (J/mol/K) = CPm2 On pourra supposer que la réaction rapide à lieu à 300K, et que la chaleur dégagée sert uniquement à échauffer les produits de réaction (le récipient à une capacité thermique nulle)