Étude de la Réversibilité de l’Iodure d’Hydrogène
Comprendre l’Étude de la Réversibilité de l’Iodure d’Hydrogène
La théorie des états de transition est une approche théorique qui permet de décrire le comportement des réactions chimiques, notamment en calculant l’énergie de transition et en estimant les taux de réaction.
Nous allons analyser la réaction entre l’iodure d’hydrogène \( \text{HI} \) pour former l’iode diatomique \( \text{I}_2 \) et l’hydrogène \( \text{H}_2 \).
Cette réaction est réversible et implique un état de transition complexe. Le but est de calculer la barrière énergétique de cette réaction et de déterminer si le processus est spontané ou non.
Réaction chimique :
\[ 2 \, \text{HI} \rightleftharpoons \text{I}_2 + \text{H}_2 \]
Données :
- Énergie des liaisons :
– \(D(\text{H-I}) = 299 \, \text{kJ/mol}\)
– \(D(\text{H-H}) = 436 \, \text{kJ/mol}\)
– \(D(\text{I-I}) = 151 \, \text{kJ/mol}\)
- Énergie d’activation approximative pour la réaction directe : \(E_a = 184 \, \text{kJ/mol}\)
Questions :
1. Calculer l’enthalpie de réaction \(\Delta H\) :
Utilisez les énergies de liaison pour déterminer si la réaction est endothermique ou exothermique.
2. Évaluer la spontanéité de la réaction :
Utiliser l’enthalpie de réaction (\(\Delta H\)) et supposer une entropie de réaction (\(\Delta S\)) standard pour la réaction à 298 K.
- \(\Delta S = 110 \, \text{J/mol} \cdot \text{K} \quad (\text{estimation pour cet exercice})\)
- \(\Delta G = \Delta H – T \Delta S\)
- \(T = 298 \, \text{K} \quad (\text{température standard})\)
3. Calculer l’énergie de l’état de transition :
- Ajoutez l’énergie d’activation au contenu énergétique des réactifs.
Correction : Étude de la Réversibilité de l’Iodure d’Hydrogène
1. Calcul de l’enthalpie de réaction \(\Delta H\)
L’enthalpie de réaction \(\Delta H\) est calculée en soustrayant l’énergie totale des liaisons des réactifs de celle des produits. Cette valeur indique si la réaction est exothermique (\(\Delta H < 0\)) ou endothermique (\(\Delta H > 0\)).
Formule :
\[ \Delta H = [D(\text{I-I}) + D(\text{H-H})] – 2 \times D(\text{H-I}) \]
Données :
- \(D(\text{H-I}) = 299 \, \text{kJ/mol}\)
- \(D(\text{H-H}) = 436 \, \text{kJ/mol}\)
- \(D(\text{I-I}) = 151 \, \text{kJ/mol}\)
Calcul :
\[ \Delta H = (151 \, \text{kJ/mol} + 436 \, \text{kJ/mol}) – 2 \times 299 \, \text{kJ/mol} \] \[ \Delta H = 587 \, \text{kJ/mol} – 598 \, \text{kJ/mol} \] \[ \Delta H = -11 \, \text{kJ/mol}\]
La réaction est légèrement exothermique.
2. Évaluation de la spontanéité de la réaction (\(\Delta G\))
La spontanéité d’une réaction chimique à une température donnée peut être déterminée par l’enthalpie de réaction \(\Delta H\) et l’entropie de réaction \(\Delta S\). La formule de Gibbs, \(\Delta G = \Delta H – T \Delta S\), permet de savoir si la réaction est spontanée (\(\Delta G < 0\)).
Formule :
\[ \Delta G = \Delta H – T \Delta S \]
Données :
- \(\Delta H = -11 \, \text{kJ/mol}\) (calculé précédemment)
- \(\Delta S = 110 \, \text{J/mol} \cdot K\)
- \(T = 298 \, \text{K}\)
Calcul :
\[ \Delta G = -11 \, \text{kJ/mol} – 298 \, \text{K} \times 110 \times 10^{-3} \, \text{kJ/(mol \cdot K)} \] \[ \Delta G = -11 \, \text{kJ/mol} – 32.78 \, \text{kJ/mol} \] \[ \Delta G = -43.78 \, \text{kJ/mol} \]
La réaction est spontanée car \(\Delta G\) est négatif.
3. Calcul de l’énergie de l’état de transition
L’énergie de l’état de transition n’est pas simplement l’énergie des réactifs plus l’énergie d’activation. Elle nécessite la connaissance de l’énergie totale des réactifs dans leur état initial avant la réaction.
Formule :
- Énergie de l’état de transition:
\[ = \text{Énergie des réactifs initiaux} + E_a \]
Données :
- \(E_a = 184 \, \text{kJ/mol}\)
- Énergie des réactifs initiaux (approximation) = Somme des énergies des liaisons des réactifs avant la réaction.
Calcul :
- Énergie des réactifs initiaux:
\[ = 2 \times D(\text{H-I}) \] \[ = 2 \times 299 \, \text{kJ/mol} \] \[ = 598 \, \text{kJ/mol} \]
- Énergie de l’état de transition:
\[ = 598 \, \text{kJ/mol} + 184 \, \text{kJ/mol} \] \[ = 782 \, \text{kJ/mol} \]
Conclusion :
La réaction étudiée est légèrement exothermique et spontanée sous conditions standard. L’énergie de l’état de transition est significativement plus élevée que l’énergie des réactifs, indiquant que bien que la réaction soit spontanée, une quantité considérable d’énergie est nécessaire pour surmonter la barrière énergétique. Cette énergie influence la cinétique de la réaction et sa vitesse.
Étude de la Réversibilité de l’Iodure d’Hydrogène
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