EXERCICES LA THERMOCHIMIE. Table des matières. Série 11 2CHOS / Thermochimie / Mars

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1 Collège Voltaire, EXERCICES LA THERMOCHIMIE Table des matières Série 11 2CHOS / Thermochimie / Mars Comprendre la signification de réaction endo ou exoénergétique/thermique, de chaleur,d'enthalpie de réaction et d enthalpie de formation...2 Calculer les énergies ( chaleur, l'enthalpie d'une réaction à partir de valeurs expérimentales ( Q= m C T et H= -Q...2 Calculer l'enthalpie de réaction à partir des enthalpies de formations (loi de Hess...2 Série 12 2CHOS / Thermochimie / Avril Calculer approximativement l'enthalpie de réaction à partir des énergies de liaisons...6 Comprendre et calculer la variation de masse lors d'une réaction eleve/ volt1234

2 Série 11 2CHOS / Thermochimie / Mars 2018 Objectifs Comprendre la signification de réaction endo ou exoénergétique/thermique, de chaleur,d'enthalpie de réaction et d enthalpie de formation Calculer les énergies ( chaleur, l'enthalpie d'une réaction à partir de valeurs expérimentales ( Q= m C T et H= -Q Calculer l'enthalpie de réaction à partir des enthalpies de formations (loi de Hess ex-ch2-thermo.pdf Ex.1. a La dissolution du bromure de potassium est-elle endothermique ou exothermique? Notez vos observations lors de la dissolution et justifiez votre réponse. b En ajoutant du KBr, que pouvez-vous observer? Que pouvez-vous en déduire sur la quantité d énergie dégagée ou absorbée? c Calculez la chaleur dégagée ou absorbée lors de la dissolution. Comment pourrait-on améliorer la précision du résultat obtenue?

3 Ex.2. Nous aimerions connaître la quantité de chaleur dégagée ou absorbée par la dissolution du chlorure de lithium. a Donnez l équation de la dissolution. Faites l expérience et notez vos observations. Cette dissolution est-elle exoénergétique ou endoénergétique? b Calculez la chaleur dégagée ou absorbée du système lors de la dissolution. Indications: masse de LiCl=. g et masse totale= g c Expérimentalement, l'enthalpie de réaction aussi appelée chaleur de réaction correspond à l opposé de la chaleur du système (-Q sys mesurée à pression constante (les réactions se déroulant à l air libre, même si des gaz interviennent dans la réaction: H=-Q sys Trouvez l enthalpie de dissolution du LiCl dans la table CRM. Comparez vos deux enthalpies de dissolution (expérimentale (c et celle de la table CRM. Commentez. d À partir des enthalpies de formations suivantes : H f (Li + =-278 kj/mol H f (Cl - =-167 kj/mol H f (LiCl=-409 kj/mol Trouvez l enthalpie de dissolution du LiCl. Diagramme des enthalpies de formation : Indication : l enthalpie standard de formation H f est l enthalpie de la réaction de synthèse d une mole de produit à partir de ses éléments pris dans leur état le plus stable, à 25 C et 1 atm (conditions standards notées par le symbole :. La plupart des manuels fournissent la liste des H f de nombreux composés (cf. CRM p.235 et p.246

4 Ex.3. Lorsque la réaction est exothermique, l'enthalpie de réaction sera-t-elle positive ou négative? Ex.4. Expliquez par un diagramme d enthalpie les variations d enthalpies et la chaleur dégagée ou absorbée lors d une réaction exothermique. Ex.5. Il est impossible de mesurer le H de combustion du carbone en monoxyde de carbone : 2 C + O 2 2 CO H=? car le CO, instable, s'oxyde en CO 2. En revanche, il est possible de mesurer les H de combustion de : 2 C + 4 O 2 2 CO 2 H 1 = 787 kj pour 2 mol de CO 2 formé 2 CO + O 2 2 CO 2 H 2 = 566 kj pour 2 mol de CO 2 formé atrouvez H de combustion du carbone pour former 2 mol de monoxyde de carbone. btrouvez H de combustion du carbone pour former 7 mol de monoxyde de carbone. Ex.6. Soit la combustion du méthane : CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O Calculez l'enthalpie de la réaction ( H r. Ex.7. Calculez l'enthalpie de la réaction : C (graphite + H 2 O (g CO + H 2 Ex.8. Calculez l'enthalpie de formation de l'iodure d'ammonium NH 4 I obtenu en faisant réagir de l'acide iodhydrique HI avec de l'ammoniac NH 3. La réaction libère 181 kj/mol. Ex.9. La chaleur dégagée par la combustion du butane C 4 H 10 est de 2878 kj/mol. Déterminez l'enthalpie de formation du butane. Ex.10. On brûle du méthane CH 4 et on recueille 3,24 g d'eau liquide. La chaleur dégagée est de 80,2 kj. Calculez l'enthalpie de formation du méthane. Ex.11. Une personne absorbe 35 ml de cognac dont le taux d'alcool (éthanol C 2 H 5 OH est de 40 % volumique. La masse volumique de l'alcool est de 0,79 g/ml. Après dégradation (combustion de cet alcool dans l'organisme, quelle quantité d'énergie a-t-elle été dégagée?

5 Ex.12. La chaleur dégagée par la combustion du propane C 3 H 8 est de 2220 kj/mol. La chaleur dégagée par la combustion du propène C 3 H 6 est de 2060 kj/mol. Calculez l'enthalpie de la réaction : C 3 H 6 + H 2 C 3 H 8 Ex.13. Soit la réaction : Fe 2 O HCl 2 FeCl H 2 O On effectue cette réaction dans un calorimètre en faisant réagir 8 g de Fe 2 O 3 avec 250 ml de HCl 3 M. La température du mélange passe de 20,5 C à 34,5 C. a Calculez l'enthalpie de la réaction. La capacité calorifique du calorimètre est négligée. On admet que la chaleur massique de la solution est celle de l'eau. b Vérifiez votre calcul par la méthode indirecte à partir des H f.

6 Corrigé Série 11 Ex.6 CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O = 2 H f O (l + H f (CH 4 (O 2 =2 ( (-75-0 =-891 kj pour la combustion de 1 mol de CH 4 Indications : H f O (l =-286 kj/mol (CRM, p.250 H f =-394 kj/mol (CRM, p.248 H f (CH 4 =-75 kj/mol (CRM, p.256, molécule organique Ex.7 C (graphite + H 2 O (g CO + H 2 =-111-(-242=131 kj pour 1 mol de CO formé Indications : H f O (g =-242 kj/mol (CRM, p.250 H f (CO =-111 kj/mol (CRM, p.248 Ex.8 NH 3 + HI NH 4 I H r = H f (NH 4 I- H f (HI- H f (NH 3 H f (NH 4 I= H r + H f (HI+ H f (NH 3 =-181+(-46+26=-201 kj/mol Ex.9 C 4 H /2 O 2 4 CO H 2 O = 5 H f O (l + 4 H f (C 4 H = 5 ( (- 394 (C 4 H 10 H f (C 4 H 10 = ( (- 394 = -128 kj/ mol (cf. CRM -126KJ/mol

7 (Série 11 suite Ex g 1 mol 3.24 g x mol} x= mol de H 2 O mol 80.2 kj 1mol x kj } x=446.05kj H = -892 kj pour 2 mol d eau formé et une mol de méthane brûlé r CH 4 + 2O 2 CO 2 + 2H 2 O = 2 H f O (l + H f (CH 4-892= 2 ( (-394 (CH 4 H f (CH 4 = ( (-394 =-74 kj/mol Ex.11 Masse et mole d alcool : 40 ml d ' alcool 100 ml de Cognac (40 pour cent x ml 35 ml } 14 ml d ' alcool x g 1 ml 0.79 g } x=14ml d' alcool pur x=11.06 gd ' alcool pur g d ' alcool xmol g 1 mol (masse molaire} x= mol d ' alcool pur * C 2 H 5 OH + 3O 2 2 CO 2 + 3H 2 O = 3 H f O (l + 2 H f ( C 2 H 5 OH =3 ( ( =-1368 kj/mol d alcool * 1368 kj d' alcool 1mol x kj mol } x= 328.3kJ L énergie dégagée (signe - par l alcool dans 35 ml de Cognac est de kj

8 (Série 11 suite Ex.12 C 3 H O 2 3 CO H 2 O = 4 H f O (l + 3 H f H 8 kj/mol H f H 8 = H f O (l + 3 H f = -( ( (-394 = -106 C 3 H 6 + 9/2 O 2 3 CO H 2 O = 3 H f O (l + 3 H f H 6 H f H 6 = H f O (l + 3 H f = -( ( (-394 = 20 kj/mol C 3 H 6 + H 2 C 3 H 8 = H f H 8 H 6 = -106 (20 = -126 kj/mol Ex.13 Q = m C T= sys 258 g J K g 14 K= J = env kj pour 8g de Fe 2 O 3 H = kj pour 8g de Fe 2 O 3 8 g xmol g 1 mol} x= mold ' oxyde de fer (III kj mol x kj 1 mol } x= 295.6kJ = kj pour 1 mol de Fe 2 O 3 (expérience Fe 2 O HCl 2 FeCl H 2 O = 3 H f O (l + 2 H f (FeCl 3 (Fe 2 O 3-6 H f (HCl = 3 ( ( ( (-92 = -282 KJ pour 1 mol d oxyde de fer(iii (méthode indirecte avec H f La différence est de ± 13.6 KJ entre notre expérience etla méthode indirecte

9 Série 12 2CHOS / Thermochimie / Avril 2018 Objectifs Calculer approximativement l'enthalpie de réaction à partir des énergies de liaisons Comprendre et calculer la variation de masse lors d'une réaction ex-ch2-thermo.pdf Ex.1. Calculez l enthalpie de la combustion de 1 mol de méthane à partir des énergies de liaison(cf. CRM p.243, énergie moyenne de dissociation. Ex.2. Une personne absorbe 35 ml de cognac dont le taux d'alcool (éthanol C 2 H 5 OH est de 40 % volumique. L éthanol est utilisé, notamment au Brésil, comme substitut de l essence. La combustion de l éthanol entraîne une brusque augmentation de la pression et de la température dans le piston du moteur. La chaleur libérée par la combustion est finalement transformée en énergie mécanique. Calculez l enthalpie de combustion de 1 mol d éthanol à partir des énergies de liaison. Ex.3. a Calculez H r de la combustion d hydrogène pour former une mole d eau à partir des énergies de liaison. 2 H 2(g + O 2(g 2 H 2 O (g b Comparez avec H r obtenue à l aide des enthalpies de formation. c Calculez la différence de masse lors de cette réaction. Indication : utiliser E= mc 2

10 Série 12 Corrigé Ex.1 H r = 4(435+2(498-2(803-4(464 =-726 kj/mol de méthane (cf. CRM p.243, énergie moyenne de dissociation. Ex.2 C H OH + 3O CO + 2 3H O 2 H r =5 EL(C-H+ 3 EL(O=O + EL(C-C+ EL(C-O+ EL(O-H -4 EL(C=O- 6 EL(O-H = 5(414 +3( (803-6(464 =-1260kJ/mol d éthanol Ex.3 a 2 H 2(g + O 2(g 2 H 2 O (g H r =2 EL(H-H + 1 EL(O=O -4 EL(O-H = 2( (464 = -486 KJ pour 2 mol d eau = - 243KJ pour 1 mol d eau b H r = 2 H (H O f 2 (g = 2(-242=-484 kj pour 2 mol de H 2 O= - 242KJ pour 1 mol d eau Les deux valeurs sont proches à ± 1 KJ c E = mc 2 m= E/c 2 =( J /( m/s 2 = kg = g = ng Une perte de masse de ng a lieu lors de cette réaction exoénergétique et cette perte de masse est difficilement observable avec une balance, car cette différence est très infime quelques nanogrammes( en raison des faibles énergies de liaisons entre les atomes de la molécule.