Module 3 Réatios himiques : Éergie Chimie 534
A) Trasert d éergie das u mélage 1. uelle sera la température d u mélage ormé de 150 ml d eau à 90 C ave 350 ml d eau à 10 C? (V T ) + (V T ) (150 90) + (350 10) Tm 34 C V 500 t 2. uelle était la température des 160 ml d eau roide qu o a ajoutés à 240 ml d eau haude à 80,0 C pour que la température du mélage soit de 52,5 C? (V T ) + (V T ) V T (240 80) + (160 T ) 400 52,5 T T m 11,3 C 3. uelle quatité d eau à 25,0 C aut-il ajouter à 150 ml d eau à 90,0 C pour que la température du mélage soit de 50,0 C? (V T ) + (V T ) V T 240 ml V 4. uelle serait la température iale d u mélage ostitué de 125 ml d eau à 75 C et 50 ml d eau à 15 C? (V T ) + (V T ) V T (150 90) + (V 25) (V + 150) 50 13500 + 25V 50V + 7500 13500 7500 50V 25V T m 6000 25V (125 75) + (50 15) 175 T 57,9 C Tm 5. uelle quatité d eau roide (5,0 C) dois-tu ajouter à 100 ml d eau à 60,0 C pour obteir ue température iale de 35,0 C? (V T ) + (V T ) V T 6000 + 5V 6000 3500 35V 83,3 ml V (100 00) + (V 5) (V + 100) 35 T 2500 30V 35V T m m m 5V + 3500 2
6. O veut obteir 200 ml d eau tiède (40,0 C). Commet t y predras-tu ompte teu des températures respetives de l eau haude (55,0 C) et de l eau roide (15,0 C) das to laboratoire? (x 55) + (y 15) 8000 55(200 y) + 15y 8000 1. 55x + 15y 8000 2. x + y 200 x 200 y par substitutio 11000 55y + 15y 8000 40y 8000 11000 y 75mL de roid x 200 y x 200 75 x 125mL de haud B) Éergie thermique 1. Tu ais bouillir de l eau das u béher. Même si le hauage demeure ostat pedat toute la durée de l ébullitio, la température demeure ostate. Pourquoi? pq l E sert au hagemet de phase 2. Calule la quatité de haleur absorbée par 150 g d eau dot o a élevé la température de 20 C. m ΔT 150 4,19 20 12570 J 3. O ourit 20,0 kj d éergie à 200 g d eau dot la température iitiale était de 10,0 C. uelle sera la température iale de l eau? 20000 m ΔT ΔT 23,9 C m 200 4,19 T 10 + 23,9 33,9 C 4. 3
5. Voii la apaité thermique massique de quelques substaes à température ambiate. Pour plus de rigueur, il aut oter que es valeurs variet légèremet selo la température de la substae. Substae Masse (g) Variatio de température ( C) Capaité thermique (J/g C) Eau 1,00 1,00 4,19 Alool méthylique 1,00 1,00 2,55 Alool éthylique 1,00 1,00 2,45 Aétoe 1,00 1,00 2,16 Si o haue des éhatillos de la même masse de hau de es liquides et si o ourit à hau la même quatité de haleur, pour lequel d etre eux pourrait-o observer la plus grade augmetatio de température? Justiie ta répose. Aétoe ar éessite mois d E pour augmeter d u C 6. Détermie la température iale de 150 g d alool méthylique iitialemet à 20,0 C si o lui ourit 0,950 kj. 950 m ΔT ΔT 2,5 C m 150 2,55 T 20 + 2,5 22,5 C 7. E ourissat 18,0 kj à 2 000 g d ue substae, sa température passe de 25,0 C à 33 C. uelle est la apaité thermique massique,, de ette substae? 18000 m ΔT 1,13 J m ΔT 2000 8 g C 8. U la otiet 180 000 m 3 d eau. Calule, e kj, la quatité de haleur qu'il peut emmagasier quad la température de l eau s élève de 0,50 C. (1 m 3 d eau 1x10 6 ml). 3 11 11 180000m 1,8 10 ml 1,8 10 g 1m 3 1 10 6 ml mδt 1,8 10 11 4,19 0,5 3,8 10 11 J 3,8 10 8 kj 4
D) Chaleur de dissolutio 1. Lors de la dissolutio de 8,48 g de LiCl das 200 ml d eau, la température passe de 23,2 C à 28,2 C. a) Calule : 1. la masse d eau utilisée; 200 g 2. la variatio de température de l eau; 5,0 C 3. la quatité de haleur absorbée par l eau; mδt 200 4,19 5,0 4190 J 4. la quatité de haleur dégagée par le LiCl; abs dég 4190 J 5. la haleur molaire de dissolutio, ΔH, du LiCl. 8,48g 0,20 mole 42,39g 1mole ΔH 4190 J 0,20 mol 20950 J mol ΔH 21 kj mol b) Éris l équatio de dissolutio du LiCl, e iluat les kj das l équatio. LiCl (s) Li + (aq) + Cl - (aq) + 21 kj ) D où viet l éergie gagée par l eau? des molé. de LiCl(s) 2. Lors de la dissolutio de 25,28 g de KNO3, la température de 100 ml d eau passe de 35,0 C à 14,2 C. a) Calule la haleur molaire de dissolutio, ΔH, du KNO 3. 25,28g 0,25 mole 101,11g 1mole mδt 100 4,19 20,8 8715J ΔH 8715 J 0,25 mol 34860 J mol ΔH + 34,9 kj mol b) Éris l équatio de dissolutio du KNO 3. KNO 3(s) + 34,9 kj K + (aq) + NO 3 - (aq) ) Où est partie l éergie perdue par l eau? das les molé. de KNO 3(S) 3. Tu veux préparer ue solutio d egrais à partir de 340 g de NaNO 3 solide. La température iitiale des 4,00 litres d eau utilisés est de 18,0 C. uelle sera la température iale du mélage sahat que le ΔH de dissolutio du NaNO 3 est de + 21,0 kj/mol? 21kJ 85g 84 kj 340g m ΔT T 18-5 13 C ΔT m 84000 5 C 4000 4,19 5
4. La dissolutio de 4,9 g de H 2 SO 4 libère 3 700 J. uelle est la haleur molaire de dissolutio de H 2 SO 4? 4,9g 0,05mole 98g 1mole ΔH 3700 J 0,05mol 74000 J mol ΔH 74 kj mol 5. Préise si les propositios suivates sot vraies ou ausses. a) Das u graphique d ethalpie pour ue réatio edothermique, l ethalpie des produits est supérieure à elle des réatis. V b) Das u graphique d ethalpie pour ue réatio exothermique, l ethalpie des réatis est supérieure à elle des produits. V ) La haleur de réatio (ΔH) est déiie omme état l ethalpie des produits mois l ethalpie des réatis. V d) Das ue réatio exothermique, le ΔH est toujours positi. F 6. Idetiie les phéomèes edothermiques. a) H 2(g) + ½ O 2(g) H 2 O (g) ΔH - 242 kj b) ½ N 2(g) + 3 / 2 H 2(g) NH 3(g) + 46,2 kj ) 2 N 2(g) + 6 H 2 O (g) + 1 262,4 kj 4 NH 3(g) + 3 O 2(g) d) NH 3(g) ½ N 2(g) + 3 / 2 H 2(g) ΔH + 46,2 kj e) H (kj) produits réatis E) Chaleur de eutralisatio Réatio 1. Au ours de la eutralisatio de 75,0 ml de KOH (aq) à 8,7 mol/l par 75,0 ml d aide HCl, la température du mélage oteu das le alorimètre est passée de 28,0 C à 84,5 C. a) Calule la haleur libérée par la eutralisatio d ue mole de KOH. 8,7mol x mol x 0,65mol 1000mL 75mL mδt 150 4,19 56,5 35510J 35,5kJ ΔH 35,5 kj 0,65mol 55 kj mol b) Éris l équatio de ette réatio aisi que la valeur de so ΔH. KOH (aq) + HCL (aq) KCl (aq) + H 2 O (l) + 55 kj 6
2. La quatité de haleur dégagée par la eutralisatio de 125 ml de HCl 2,0 mol/l par du NaOH est de 13 000 J. a) Calule le ΔH de ette réatio. 2mol x mol x 0,25mol 1000mL 125mL 13 kj ΔH 52 kj 0,25mol mol b) Éris l équatio de ette eutralisatio. NaOH (aq) + HCl (aq) NaCl (aq) + H 2 O (l) + 52 kj 3. 100 ml d ue solutio d aide luorhydrique 1,0 mol/l est ajouté à 100 ml d ue solutio de NaOH 1,0 mol/l. La température du mélage a augmeté de 6,0 C. a) Calule la haleur molaire de eutralisatio d ue mole d aide luorhydrique. 1mol x mol 1000mL 100mL mδt 200 4,19 6 ΔH 5,03 kj 0,1mol x 0,1mol 50,3 kj mol 5028J 5,03kJ b) Éris l équatio thermique de ette réatio. NaOH (aq) + HF (aq) NaF (aq) + H 2 O (l) + 50,3 kj F) Chaleur de réatio 1. a) Si la température de l eau d u alorimètre s élève, la réatio himique s eetuat das le alorimètre est-elle edo ou exothermique? exo b) La haleur de réatio, ΔH, a-t-elle ue valeur positive ou égative? - 2. La ombustio de 2,00 g d aétylèe, C 2 H 2, libère 99,5 kj. a) Éris l équatio de ette réatio e iluat les kj das l équatio. 7
2g x mole 26g 1mole ΔH 99,5 kj 0,08mol x 0,08mol -1244 kj mol C 5 2 H2 + O 2CO H O 1244 kj 2 2 2 + 2 + b) ue vaut ΔH pour ette réatio? -1244 kj/mol 3. L eau d u alorimètre absorbe 146 kj lors de la produtio de 24,9 g de hlorure de potassium, KCl, à partir de ses élémets. Détermie la haleur molaire, ΔH, de sythèse du KCl. 24,9g x mole x 0,33mol 74,5g 1mole ΔH 146 kj 0,33mol - 442 kj mol 4. Das u alorimètre oteat 2,00 L d eau, o ait brûler 35,2 g de paraie, C 25 H 52. La variatio de température de l eau est de 18,3 C. Calule la haleur molaire de ombustio de la paraie. (ote : masse volumique de l eau : 1,0 g/ml) 35,2g 0,1mole 352g 1mole mδt 2000 4,19 18,3 15335,4 J 153,4 kj 153,4 kj ΔH -1534 kj 0,1mol mol 5. La haleur de ombustio d ue variété de harbo est de 40 kj/g. uelle masse de e harbo devra-t-o brûler pour élever la température de 200 litres d eau de 5,0 C à 28 C? mδt 2000000 4,19 23 19274000 J 19274 kj 40 kj 1g 19274 kj 481,85 g 8
G) Diagramme d éergie 1. À partir du diagramme d éergie i-dessous représetat la ombustio de l essee, répod aux questios suivates : a) Explique pourquoi o plae sur le graphique, le palier d ethalpie des réatis plus haut que elui des produits. Globalemet, la Rx libère de l E. H R > H p. b) Explique pourquoi le palier des réatis se trouve à gauhe sur le graphique, et elui des produits à droite. Das les éq. him., les réatis sot à gauhe. ) Lesquels des réatis ou des produits possèdet le plus d ethalpie? Réatis d) L étape ameat aux bris des liaisos est-elle edothermique ou exothermique? Justiie ta répose. edo ar l E augmete e) u e est-il de la deuxième partie du graphique lorsque de ouvelles liaisos se ormet pour produire de ouvelles moléules? exo ) Commet ue étape edothermique suivie d ue étape exothermique peut-elle doer ue réatio globale exothermique? L E qu o a ourie au syst. pour briser les lies est < que l E libérée lors de la orm des ouveaux lies. 2. Complète les graphiques suivats Réatio edothermique Réatio exothermique e ajoutat les iormatios suivates : R pour situer les réatis P pour situer les produits CA pour situer le omplexe ativé H r pour situer l ethalpie des réatis H p pour situer l ethalpie des produits ΔH pour la haleur de la réatio E* d pour l éergie d ativatio direte E* i pour l éergie d ativatio iverse 9
3. Soit le graphique représetat la réatio hypothétique suivate : AB (g) + A (g) A 2(g) + B (g) H (kj) 160 140 120 100 80 60 20 40-20 0-40 ses de la Rx a) uelle est la valeur de la haleur de réatio? - 20 kj b) uelle est la valeur de l éergie d ativatio de la réatio direte? 120 kj ) uelle est la valeur de l éergie d ativatio de la réatio iverse? 140 kj d) Cette réatio est-elle edothermique ou exothermique? Justiie. exo ar les réatis ot perdu de l E 4. Soit le graphique de la réatio P 4(s) + 5 O 2(g) P 4 O 10(s). ethalpie (kj) 20 0 P 4(s) + 5 O 2(g) -2 960 P 4 O 10(s) Réatio a) uelle est la valeur de l éergie d ativatio de la réatio P 4 O 10(s) P 4(s) + 5 O 2(g)? 2980 kj b) uelle partie de la ourbe idique l existee du omplexe ativé? le plus haut poit ) uelle est la valeur de la haleur de réatio ΔH de la réatio direte? - 2960 kj d) uelle est la valeur de l éergie d ativatio de la réatio P 4(s) + 5 O 2(g) P 4 O 10(s)? 20 kj e) Pourquoi pouvos-ous dire que ette réatio est spotaée? oui ar elle éessite peu d E pour briser les lies 10
6. Soit le graphique suivat oerat ue réatio himique doée. Ethalpie X + Y Z + M Réatio Lesquelles des doées suivates, relatives à e graphique, sot ausses? a) Les réatis sot Z et M b) X et Y possèdet plus d ethalpie que Z et M. ) C est ue réatio exothermique. d) Le ΔH de ette réatio est positi. e) L éergie d ativatio de la réatio direte est supérieure à l éergie d ativatio iverse. ) Les produits ot plus d ethalpie que les réatats. g) Il aut ourir de l éergie aux produits pour qu ils reormet des réatats. h) X et Y sot les réatats. i) M et Z possèdet plus d ethalpie que Y et X. j) La variatio d ethalpie de la réatio est égative. k) X et Y ot besoi d éergie pour ormer Z et M. l) C est ue réatio edothermique. m) La haleur de la réatio iverse est positive. 7. Le diagramme suivat représete le potetiel éergétique de la matière e otio de la trasormatio qui s opère. H (kj) 50 0-50 Réatio a) uelle est la valeur de la haleur de la réatio iverse? 50 kj b) uelle est la valeur de l éergie d ativatio de la réatio direte? 60 kj ) uelle est la valeur de l éergie d ativatio de la réatio iverse? 110 kj 11
d) La réatio direte est-elle edo ou exo? Justiie. exo ar les réatis ot perdu de l E H r > H p 8. a) Représete graphiquemet la réatio suivate : 2 X + Y X 2 Y, sahat que ΔH + 50 kj/mol de X 2 Y et E* d 80 kj. b) Détermie la valeur de l éergie d ativatio de la réatio iverse. 30 kj 9. Ue réatio s eetue e plusieurs étapes. 2 AD + B 2 C 2 + 60 kj 2 ABC + D 2 2 ABC + D 2 + 25 kj A 2 B 2 + C 2 D 2 A 2 B 2 + C 2 D 2 A 2 C 2 + B 2 D 2 + 15 kj A 2 C 2 + B 2 D 2 A 2 + C 2 + B 2 + 2 D + 50 kj a) Trouve l équatio globale de ette réatio Utilise la otatio ΔH pour exprimer l éergie. 2 AD + B 2 C 2 + 20 kj A 2 + C 2 + B 2 + 2 D b) Trae le graphique des réatios suessives aisi que elui de la réatio globale. 10. D après toi, la réatio suivate devrait-elle être edo ou exo? uel devrait être le sige de so ΔH? C 4 H 10 + 6,5 O 2 4 CO 2 + 5 H 2 O exo ar il s agit d ue ombustio do le sige est (-) 11. Trae les diagrammes éergétiques des trois réatios suivates : a) Le er qui rouille. b) Le phosphore qui s elamme brusquemet. ) L allumette qu o doit rotter pour que la réatio se produise. 12