La thermochimie : exercices corrigés

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1 La thermochimie : exercices corrigés Les énergies de liaison Exercice 1 La rupture d une liaison est-elle exothermique ou endothermique? La rupture d une liaison chimique consomme toujours de l énergie, est toujours endothermique. Exercice 2 a) Quelles sont les liaisons rompues et quelles sont les liaisons formées lors de la combustion complète de l octane (un des principaux constituants de l essence)? 7 liaisons C C, 18 liaisons C H et 25/2 liaisons O=O sont détruites, tandis que 16 liaisons C=O et 18 liaisons H O sont formées. b) La combustion de l octane est-elle une réaction endothermique ou exothermique? Les combustions sont exothermiques, celle de l octane ne fait pas exception : ΔH 0 c(c 8 H 18 ) = 5464 kj/mol. c) Calculez l enthalpie de combustion de l octane à partir des énergies de liaison et comparez votre résultat avec la valeur réelle. H 0 r = 7 H 0 (C C) + 18 H 0 (C H) H 0 (O=O) + 16 ( H 0 (C=O)) + 18 ( H 0 (H O)) H 0 r = kj/mol kj/mol kj/mol ( 803 kj/mol) ( 463 kj/mol) = 5076 kj/mol. La différence entre ce résultat et la valeur de la littérature est aussi due à l état physique de l eau : (g) dans l exercice, (l) dans les équations de combustion du «Formulaire et tables». d) Quelle est la quantité d énergie libérée par la combustion de 10.0 L d octane? m(c 8 H 18 ) = ρ. V = kg. L L = 6.98 kg = 6980 g n(c 8 H 18 ) = m / M =6980 g / ( g/mol) = mol ΔH(tot.) = n. ΔH 0 c = mol. ( 5464 kj/mol) = kj kj. Les enthalpies standards de réaction Exercice 3 a) Quelles sont les conditions «normales» de pression et de température? p = Pa ; T = 0 C = K. b) Quelles sont les conditions «standards» de pression et de température? p = Pa = 1 bar ; T = 25 C = K.

2 Exercice 4 Soit les réactions partielles suivantes : a) C (s) + 1/2 O 2 (g) CO (g) H 0 a = 111 kj/mol b) H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O (l) H 0 b = 286 kj/mol c) H 2 (g) + O 2 (g) + C (s) HCOOH (l) H 0 c = 425 kj/mol Déterminez à l aide de ces valeurs l enthalpie de décomposition de l acide formique (l) en monoxyde de carbone (g) et en eau (l). HCOOH (l) CO (g) + H 2 O (g) (c) (b) H 2 (g) + O 2 (g) + C (s) H 2 (g) + CO (g) + 1/2 O 2 (g) (a) H 0 décomposition (HCOOH) = (c) + (a) + (b) = ( 425 kj/mol) + ( 111 kj/mol) + ( 286 kj/mol) = 28 kj/mol. Exercice 5 A l aide des équations suivantes, calculez l enthalpie de la combustion complète de la cire à chandelle C 25 H 52. L eau formée est à l état gazeux. a) H 2 (g) + 1/2 O 2 (g) H 2 O (g) H 0 a = 242 kj/mol b) C (s) + O 2 (g) CO 2 (g) H 0 b = 393 kj/mol c) 25 C (s) + 26 H 2 (g) C 25 H 52 (s) H 0 c = 827 kj/mol C 25 H 52 (s) + 38 O 2 (g) 25 CO 2 (g) + 26 H 2 O (l) (c) 26 (a) 25 C (s) + 26 H 2 (g) + 38 O 2 (g) 25 CO 2 (s) + 26 H 2 (g) + 13 O 2 (g) 25 (b) H 0 r = (c) + 25 (b) + 26 (a) = ( 827 kj/mol) + 25 ( 393 kj/mol) + 26 ( 242 kj/mol) = kj/mol Exercice 6 Calculez l énergie libérée par la combustion d exactement 1 m 3 de méthane aux conditions standards, l eau étant obtenue sous forme de gaz. Quelle amélioration énergétique apporte l utilisation d une chaudière «à condensation»? Réponse en pourcents. Les enthalpies standards de formation Exercice 7 Calculez les deux enthalpies standards de réaction ci-dessous à l aide des enthalpies standards de formation : a) 2 NO (g) + O 2 (g) 2 NO 2 (g) H 0 r = 2 H 0 f (NO 2 ) 2 H 0 f (NO) = kj/mol kj/mol = 112 kj/mol. b) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (l) H 0 c = H 0 f (CO 2 ) + 2 H 0 f (H 2 O, l) H 0 f (CH 4 ) = 394 kj/mol + 2. ( 286 kj/mol) ( 75 kj/mol) = 891 kj/mol. (Littérature : 889 kj/mol ; on remarque donc que dans le Formulaire, l eau formée par la combustion est effectivement obtenue sous forme liquide!).

3 Réaction et énergie : Exercices supplémentaires Exercice 8 A l aide des énergies de liaison, calculez l enthalpie standard de formation de C 6 H 6 en admettant entre les atomes de carbone trois liaisons simples et trois liaisons doubles. Comparez votre résultat avec la valeur réelle et concluez. Exercice 9 Soit la réaction : N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH 3 (g) H 0 r = 92 kj/mol Sur la base de cette information, que vaut l enthalpie standard de formation de l ammoniac? H 0 f = H 0 r / 2 = 46 kj/mol (Littérature : 46 kj/mol). Exercice 10 A partir des enthalpies standards de formation, calculez l enthalpie standard de réaction pour : 2 Al (s) + Fe 2 O 3 (s) 2 Fe (s) + Al 2 O 3 (s) H 0 r = H 0 f (Al 2 O 3 ) H 0 f (Fe 2 O 3 ) = 1670 kj/mol kj/mol = 848 kj/mol. Exercice 11 A partir des enthalpies standards de formation, calculez l enthalpie standard de dissolution du sulfate de cuivre anhydre. H 0 dissolution = H 0 f (Cu 2+, aq.) + H 0 f (SO 2 4, aq.) H 0 f (CuSO 4 ) = 64 kj/mol + ( 908 kj/mol) ( 770 kj/mol) = 74 kj/mol. (Littérature : 68 kj/mol). Exercice 12 Calculez l enthalpie standard de décomposition du carbonate de calcium en oxyde de calcium et en gaz carbonique. H 0 r = H 0 f (CO 2 ) + H 0 f (CaO) H 0 f (CaCO 3 ) = 394 kj/mol+ ( 636 kj/mol) ( 1207 kj/mol) = 177 kj/mol. Exercice 13 Calculez l enthalpie standard de formation de l éthène C 2 H 4 (g), sachant que : a) 2 C (s) + 3 H 2 (g) C 2 H 6 (g) H 0 a = kj/mol b) C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C 2 H 6 (g) H 0 b = 137 kj/mol 2 C + 2 H 2 + H 2 C 2 H 4 + H 2 2 (a) (b) C 2 H 6 H 0 f (C 2 H 4 ) = (b) + 2 (a) = 137 kj/mol + 2 ( kj/mol) = 52.3 kj/mol (Littérature : 52 kj/mol). Exercice 14 Calculez l enthalpie standard de réaction de la décomposition 2 HNO 2 (aq.) H 2 O (l) + NO (g) + NO 2 (g) sachant que :

4 a) HNO 2 (aq.) + 1/2 O 2 (g) HNO 3 (aq.) H 0 1 = 52.3 kj/mol b) H 2 O (l) + 1/2 O 2 (g) + 2 NO 2 (g) 2 HNO 3 (aq) H 0 2 = kj/mol c) NO (g) + 1/2 O 2 (g) NO 2 (g) H 0 3 = 56.6 kj/mol 2 HNO 2 (aq.) + O 2 (g) H 2 O (l) + NO (g) + NO 2 (g) + O 2 (g) 2 (a) (c) 2 HNO 3 (aq.) H 2 O (l) + 1/2 O 2 (g) + 2 NO 2 (g) (b) H 0 décomposition (HNO 2 ) = 2 (a) (b) (C) = 2 ( 52.3 kj/mol) kj/mol kj/mol = kj/mol. Exercice 15 Calculez l enthalpie standard de formation H 0 f de l hexane à partir de son enthalpie de combustion. C 6 H O 2 6 CO H 2 O (l) H 0 c (C 6 H 14 ) = 6 H 0 f (CO 2 ) + 7 H 0 f (H 2 O, l) H 0 f (C 6 H 14 ). Par consequent, H 0 f (C 6 H 14 ) = 6 H 0 f (CO 2 ) + 7 H 0 f (H 2 O, l) H 0 c (C 6 H 14 ) = 6 ( 394 kj/mol) + 7 ( 286 kj/mol) ( 4158 kj/mol) = 208 kj/mol. (Littérature : 199 kj/mol). Exercice 16 A l aide des énergies de liaisons, calculer les enthalpies standards de réaction H 0 r pour les réactions suivantes : a) H 2 (g) + Cl 2 (g) 2 HCl (g) H 0 r = H 0 (H H) + H 0 (Cl Cl) + 2 ( H 0 (H Cl)) = 436 kj/mol kj/mol + 2 ( 431 kj/mol) = 183 kj/mol (Littérature : H 0 r = 2 H 0 f (HCl) = 184 kj/mol). b) CH 4 (g) + Cl 2 (g) CH 3 Cl (g) + HCl (g) H 0 r = H 0 (H CH 3 ) + H 0 (Cl Cl) + ( H 0 (C Cl)) + ( H 0 (H Cl)) = 435 kj/mol kj/mol + ( 330 kj/mol) + ( 431 kj/mol) = 83 kj/mol. c) CH 4 (g) + 2 O 2 (g) CO 2 (g) + 2 H 2 O (g) H 0 r = 4 H 0 (C H) + 2 H 0 (O=O) + 2 ( H 0 (C=O)) + 4 ( H 0 (H O)) H 0 r = kj/mol kj/mol + 2. ( 803 kj/mol) + 4. ( 463 kj/mol) = 806 kj/mol. (Littérature : H 0 c (CH 4 ) = 889 kj/mol). La différence entre cette valeur et le calcul effectué est aussi due à l état physique de l eau : (g) dans l exercice, (l) dans les équations de combustion du «Formulaire et tables».

5 Exercice 17 Calculez l énergie d une liaison C C sachant que : C 2 H 6 (g) O 2 (g) 2 CO 2 (g) + 3 H 2 O (g) H 0 r = 1416 kj/mol H 0 c = 92 kj/mol

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