Calcul de l’Enthalpie Standard de Réaction
Comprendre l'Enthalpie de Réaction et la Loi de Hess
L'enthalpie de réaction (\(\Delta H_r\)) est la variation d'enthalpie qui accompagne une réaction chimique effectuée à pression constante. Elle indique la quantité de chaleur absorbée (si \(\Delta H_r > 0\), réaction endothermique) ou libérée (si \(\Delta H_r < 0\), réaction exothermique) par la réaction. L'enthalpie standard de réaction (\(\Delta H_r^\circ\)) se réfère à cette variation lorsque les réactifs dans leur état standard sont convertis en produits dans leur état standard, généralement à \(298.15 \, \text{K}\) et \(1 \, \text{bar}\). Une méthode courante pour calculer \(\Delta H_r^\circ\) est d'utiliser la loi de Hess, qui stipule que la variation d'enthalpie d'une réaction globale est la somme des variations d'enthalpie des étapes individuelles qui la composent. Plus pratiquement, on utilise les enthalpies standard de formation (\(\Delta H_f^\circ\)) des réactifs et des produits.
Données de l'étude
| Espèce Chimique | \(\Delta H_f^\circ\) (kJ/mol) |
|---|---|
| \(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}\) | -277.7 |
| \(\text{O}_2\text{(g)}\) | 0 |
| \(\text{CO}_2\text{(g)}\) | -393.5 |
| \(\text{H}_2\text{O(l)}\) | -285.8 |
- C : \(12.01\)
- H : \(1.008\)
- O : \(16.00\)
Diagramme Enthalpique (Conceptuel)
Diagramme illustrant la variation d'enthalpie pour une réaction exothermique (comme la combustion).
Questions à traiter
- Calculer la variation d'enthalpie standard de la réaction de combustion de l'éthanol (\(\Delta H^\circ_{\text{réaction}}\)) à \(298.15 \, \text{K}\).
- La réaction est-elle exothermique ou endothermique ? Justifier.
- Calculer la masse molaire de l'éthanol (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\)).
- Calculer la quantité de chaleur libérée (ou absorbée) lors de la combustion complète de \(10.0 \, \text{g}\) d'éthanol dans les conditions standard.
Correction : Calcul de l’Enthalpie de Réaction
Question 1 : Variation d'Enthalpie Standard de Réaction (\(\Delta H^\circ_{\text{réaction}}\))
Principe :
La variation d'enthalpie standard d'une réaction (\(\Delta H^\circ_{\text{réaction}}\)) est calculée en utilisant les enthalpies standard de formation (\(\Delta H_f^\circ\)) des produits et des réactifs, selon la loi de Hess : \(\Delta H^\circ_{\text{réaction}} = \sum \nu_p \Delta H_f^\circ(\text{produits}) - \sum \nu_r \Delta H_f^\circ(\text{réactifs})\), où \(\nu\) sont les coefficients stœchiométriques.
Formule appliquée à la réaction :
Données spécifiques (kJ/mol) :
- \(\Delta H_f^\circ(\text{CO}_2\text{(g)}) = -393.5\)
- \(\Delta H_f^\circ(\text{H}_2\text{O(l)}) = -285.8\)
- \(\Delta H_f^\circ(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH(l)}) = -277.7\)
- \(\Delta H_f^\circ(\text{O}_2\text{(g)}) = 0\) (corps simple dans son état standard)
Calcul :
L'unité est kJ par mole de réaction, c'est-à-dire pour la combustion d'une mole d'éthanol selon l'équation écrite.
Question 2 : Nature Exothermique ou Endothermique de la Réaction
Principe :
Si \(\Delta H^\circ_{\text{réaction}} < 0\), la réaction libère de la chaleur et est exothermique. Si \(\Delta H^\circ_{\text{réaction}} > 0\), la réaction absorbe de la chaleur et est endothermique.
Analyse :
Nous avons calculé \(\Delta H^\circ_{\text{réaction}} = -1366.7 \, \text{kJ/mol}\).
Puisque \(\Delta H^\circ_{\text{réaction}}\) est négatif, la réaction est exothermique.
Question 3 : Masse Molaire de l'Éthanol (\(\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}\))
Principe :
La masse molaire d'un composé est la somme des masses molaires atomiques de tous les atomes de sa formule. La formule brute de l'éthanol est \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O}\).
Formule(s) utilisée(s) :
Données spécifiques (g/mol) :
- \(M(\text{C}) = 12.01\)
- \(M(\text{H}) = 1.008\)
- \(M(\text{O}) = 16.00\)
Calcul :
Question 4 : Chaleur Libérée pour la Combustion de \(10.0 \, \text{g}\) d'Éthanol
Principe :
D'abord, calculer le nombre de moles d'éthanol dans \(10.0 \, \text{g}\). Ensuite, utiliser la \(\Delta H^\circ_{\text{réaction}}\) (qui est par mole d'éthanol) pour trouver la chaleur totale libérée.
Calcul du nombre de moles d'éthanol (\(n_{\text{éthanol}}\)) :
Calcul de la chaleur libérée (\(Q\)) :
La chaleur libérée \(Q\) est \(n_{\text{éthanol}} \times |\Delta H^\circ_{\text{réaction}}|\) ou, si on considère \(Q\) comme la variation d'enthalpie pour cette quantité, \(Q = n_{\text{éthanol}} \times \Delta H^\circ_{\text{réaction}}\).
La quantité de chaleur libérée est donc la valeur absolue de \(Q\), soit \(296.65 \, \text{kJ}\).
Quiz Intermédiaire 1 : Si une réaction a un \(\Delta H\) positif, cela signifie que :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
5. L'enthalpie standard de formation (\(\Delta H_f^\circ\)) d'un corps simple dans son état standard de référence est :
6. La loi de Hess est basée sur le fait que l'enthalpie est :
7. La combustion de l'éthanol est une réaction qui :
Glossaire
- Enthalpie (\(H\))
- Fonction d'état thermodynamique représentant le contenu énergétique d'un système. À pression constante, sa variation (\(\Delta H\)) est égale à la chaleur échangée.
- Enthalpie Standard de Réaction (\(\Delta H_r^\circ\))
- Variation d'enthalpie pour une réaction où les réactifs dans leur état standard sont transformés en produits dans leur état standard, à une température spécifiée (généralement 298.15 K).
- Enthalpie Standard de Formation (\(\Delta H_f^\circ\))
- Variation d'enthalpie lors de la formation d'une mole d'un composé à partir de ses éléments constitutifs dans leur état standard le plus stable. Par convention, \(\Delta H_f^\circ\) d'un corps simple dans son état standard est nulle.
- Loi de Hess
- Principe selon lequel la variation d'enthalpie totale d'une réaction chimique est la somme des variations d'enthalpie des étapes intermédiaires, quel que soit le chemin réactionnel suivi. Cela découle du fait que l'enthalpie est une fonction d'état.
- Réaction Exothermique
- Réaction chimique qui libère de l'énergie sous forme de chaleur vers l'environnement (\(\Delta H < 0\)).
- Réaction Endothermique
- Réaction chimique qui absorbe de l'énergie sous forme de chaleur depuis l'environnement (\(\Delta H > 0\)).
- État Standard
- Ensemble de conditions de référence définies pour comparer les propriétés thermodynamiques. Pour les substances, c'est généralement leur état pur à une pression de 1 bar (ou 1 atm) et à une température spécifiée (souvent 298.15 K).
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