Exercices.1 L énergie et ses formes 1 L un des éléments énumérés ci-dessous n est pas une source d énergie. Quel est cet élément? Expliquez votre réponse. a) Le vent. c) Une pomme. e) La température. b) De l eau chaude. d) Du pétrole. f) Le Soleil. e) La température. La température est une mesure de l état d agitation thermique des particules de matière. Elle se mesure en degrés elsius, tandis que l énergie se mesure en joules. Donc, ce ne peut être une source d énergie. 2 Nommez une forme d énergie correspondant à chacune des sources citées ci-dessous. a) Une chute d eau. Énergie hydraulique. b) Le noyau d un atome. Énergie nucléaire. c) Une bougie allumée. Énergie rayonnante ou énergie thermique. d) Un verre de lait. Énergie chimique. 3 Lorsqu on refroidit un morceau de cuivre, qu arrive-t-il à l énergie cinétique des atomes qui le constituent? L énergie cinétique des atomes diminue, puisqu elle dépend du mouvement des particules (vibrations, rotations et translations) et que ces mouvements diminuent lorsque la température baisse. e graphique présente la courbe de chauffage d un morceau d argent de 12,0 g. a) À quel moment l argent se met-il à fondre? Expliquez votre réponse. Il se met à fondre à la 75 e seconde, parce que la température demeure stable à partir de ce moment. 100 1200 1000 800 600 00 200 T ( ) 961 b) Quel est le principal changement 0 0 provoqué par l absorption d énergie au cours des 60 premières secondes? 30 60 90 120 150 180 Le principal changement est l augmentation de la température de l argent. t (s) EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 157
c) Quel est le principal changement provoqué par l absorption d énergie entre la 90 e seconde et la 150 e seconde? Le principal changement est le changement d état de l argent (fusion). d) alculez la variation d énergie thermique de l argent entre le début du chauffage et le moment où il se met à fondre. 1. Q? 2. m 12,0 g c 0,2 J/g T i 0 T f 961 (D après le graphique, l argent fond à 961.) 3. T T f T i Q mc T. T 961 0 961 Q 12,0 g 0,2 J/g 961 2767,68 J Réponse : La variation d énergie thermique de l argent est de 2,8 103 J. 5 Quelle est la quantité d énergie nécessaire pour chauffer 1,50 L d eau de 22,0 à 65,0? 1. Q? 2. V 1,50 L, soit 1500 ml m 1500 ml 1 g/ml 1500 g T i 22,0 T f 65,0 c eau,19 J/g 3. Q mc T T T f T i. T 65,0 22,0 3,0 Q 1500 g,19 J/g 3,0 Q 270 255 J Réponse : La quantité d énergie nécessaire pour chauffer l eau est de 2,70 105 J ou de 270 kj. 6 Une certaine quantité d eau, à une température initiale de 18,0, est chauffée jusqu à son point d ébullition à l aide d une source d énergie qui dégage 22,5 kj en 12 minutes. Dans ces conditions, quelle était la masse d eau? 1. m? 2. Q dégagée 22,5 kj Q absorbée par l eau 22,5 kj 22 500 J T i 18,0 T f 100,0 3. T T f T i Q mc T D où m Q/c T. T 100,0 18,0 82,0 22 500 J m,19 J/g 82,0 m 65,5 g Réponse : La masse d eau était de 65,5 g. 158 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
7 Un glaçon flotte dans un verre qui contient 250,0 ml d eau. La température de l eau est passée de 18,0 à 12,0. alculez la variation d énergie thermique subie par le glaçon. De plus, précisez si ce dernier a absorbé ou dégagé de l énergie. 1. Q absorbée ou dégagée par le glaçon? 2. V eau 250,0 ml D où m eau 250,0 ml 1 g/ml 250,0 g T i eau 18,0 T f eau 12,0 3. L énergie absorbée par le glaçon équivaut à l énergie dégagée par l eau. Q glaçon Q eau Q eau m eau c eau T eau T T f T i. T 12,0 18,0 6,0 Q eau 250,0 g,19 J/g 6,0 Q eau 6285 J Q glaçon 6285 J Réponse : omme l eau a dégagé 6,3 kj, le glaçon a donc absorbé 6,3 kj. 8 Un bloc de plomb chaud de 15,0 g est plongé dans 500,0 ml d eau. a) Sachant que l énergie dégagée par le plomb est de 12,6 kj, calculez la variation de température de l eau. 1. T eau? 2. V eau 500,0 ml D où m eau 500,0 ml 1 g/ml 500,0 g Q plomb 12,6 kj Q eau 12,6 kj 12 600 J 3. Q eau m eau c eau T eau Q eau D où T eau m eau c eau 12 600 J. T eau 500,0 g,19 J/g T eau 6,01 Réponse : La variation de température de l eau est de 6,01. b) La variation de température du bloc de plomb sera-t-elle la même que celle de l eau? Expliquez votre réponse. Non, la variation de température du bloc de plomb ne sera pas la même que celle de l eau. est la température finale des deux substances qui sera la même. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 159
9 Expliquez comment s effectue le transfert d énergie thermique entre les aliments et l air dans un réfrigérateur. La chaleur passe toujours du milieu où la température est la plus élevée vers le milieu où la température est la plus basse. Dans un réfrigérateur, ce sont donc les aliments qui dégagent de la chaleur que l air absorbe. La chaleur passe donc des aliments à l air. 10 Sabrina fait chauffer une tige d acier de 50,00 g. Lorsque la tige atteint une température de 85,0, elle la dépose dans un thermos contenant 225,00 g d éthanol, à une température de 20,0. La température de l éthanol s élève alors jusqu à 22,6, puis se stabilise à cette température. Si l on considère qu il n y a pas eu de perte d énergie dans l environnement, quelle est la capacité thermique massique de l acier? 1. c acier? 2. m acier 50,00 g T i de l acier 85,0 m éthanol 225,00 g T i de l éthanol 20,0 T f de l éthanol 22,6 T f de l acier 3. Q acier Q éthanol Q mc T Q D où c m T T T f T i. alcul de la chaleur absorbée par l éthanol T éthanol 22,6 20,0 2,6 Q éthanol 225,00 g 2,6 J/g 2,6 Q éthanol 139,1 J alcul de la capacité thermique massique de l acier Q acier 139,1 J T acier 22,6 85,0 62, 139,1 J c 50,00 g 62, c 0,61 J/g Réponse : La capacité thermique massique de l acier est de 0,6 J/g. 160 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
Exercices.2 L énergie associée aux transformations de la matière 1 Pour chacune des transformations suivantes, indiquez s il s agit d une transformation endothermique ou exothermique et s il s agit d un changement physique ou chimique. Transformation Endothermique a) La cuisson d un gâteau. X X Exothermique Physique himique b) La formation de la rosée. X X c) 2 NaN 3 haleur 2 NaN 2 2 X X d) N 2(g) 3 2(g) 2 N 3(g) Énergie X X e) (s) 2(g) 2(g) 39 kj X X f) La combustion du propane. X X g) L électrolyse de l eau. X X h) La sublimation du diiode. X X 2 Indiquez au moins une forme d énergie dégagée par chacune des transformations suivantes. Exemples de réponses. a) Un incendie de forêt. Énergie thermique, énergie rayonnante. b) La congélation de l eau. Énergie thermique. c) L explosion de la dynamite. Énergie thermique, énergie sonore, énergie rayonnante. d) La respiration cellulaire. Énergie thermique. 3 Indiquez une forme d énergie absorbée par chacune des transformations suivantes. Exemples de réponses. a) La recharge d une pile. Énergie électrique. b) La photosynthèse d une plante. Énergie solaire. c) La cuisson d un pain. Énergie thermique. d) L évaporation de l essence. Énergie thermique. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 171
Une transformation dégage 25 kj et une autre absorbe 750 kj. Laquelle est la plus susceptible de représenter un phénomène physique? Expliquez votre réponse. est la première qui est la plus susceptible d être une transformation physique, puisqu elle met en jeu moins d énergie que la deuxième. 5 hloé affirme que seules les réactions endothermiques absorbent de l énergie. Êtes-vous d accord avec elle? Expliquez votre réponse. Non, puisque certaines réactions exothermiques doivent absorber de l énergie pour être amorcées. 6 Repérez dans la photo ci-contre les réactions endothermiques et les réactions exothermiques. Exemples de réponses. Endothermiques : la cuisson des aliments, la photosynthèse. Exothermiques : la combustion du bois, la respiration cellulaire. 7 Écrivez l équation thermique correspondant à chacune des descriptions suivantes. a) La dissolution d une mole de nitrate d argent absorbe 22,6 kj. AgN 3(s) 22,6 kj Ag (aq) N 3 (aq) ou AgN 3(s) 22,6 kj AgN 3(aq) b) La décomposition en éléments d une mole de 3 8 gazeux absorbe 103,8 kj. 3 8(g) 103,8 kj 3 (s) 2(g) c) La synthèse d une mole de chlorure d hydrogène gazeux à partir de ses éléments sous forme gazeuse dégage 92,3 kj. l 2(g) 2(g) 2 l (g) 18,6 kj ou 1 2 l 2(g) 1 2 2(g) l (g) 92,3 kj 8 Écrivez l équation thermique correspondant à chacune des descriptions suivantes. Laissez des traces de vos calculs. a) La dissociation électrolytique de 0,26 mol de chlorure d ammonium solide (N l) absorbe,2 kj.,2 kj 0,26 mol? kj 1 mol,2 kj 1 mol 0,26 mol 16,3 kj, donc 16 kj Réponse : N l (s) 16 kj N (aq) l (aq) 172 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
b) Il faut 335 J pour faire fondre 1 g de glace. 335 J 1 g de 2? J 18,02 g Réponse : 2 (s) 6,0 kj 2 (l) c) La combustion de 1 g de carbone dégage 32,8 kj. 32,8 kj 1 g? kj 12,01 g Réponse : (s) 2(g) 2(g) 39 kj 335 J 18,02 g 1 g 32,8 kj 12,01 g 1 g 6036,7 J, donc 6,0 kj 39 kj d) La décomposition de 108 g d eau liquide en ses éléments requiert 171,8 kj. 171,8 kj 108 g? kj 18,02 g 171,8 kj 18,02 g 108 g 286 kj Réponse : 2 2 (l) 572 kj 2 2(g) 2(g) ou 2 (l) 286 kj 2(g) 1 2 2(g) 9 Voici l équation thermique de l oxydation du fer : Fe (s) 3 2(g) 2 Fe 2 3(s) 830 kj Si l on fait réagir complètement 50,0 g de fer avec suffisamment de dioxygène, quelle sera la quantité d énergie dégagée? Fe (s) 3 2(g) 2 Fe 2 3(s) 830 kj mol 3 mol 223, g 96,00 g 50,0 g 223, g 50,0 g 830 kj 185,8 kj 223, g 2 mol 319, g 830 kj? kj 830 kj Réponse : La réaction de 50,0 g de fer dégage 186 kj. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 173
10 La décomposition du méthane ( ) s effectue selon l équation qui suit : (g) 7,8 kj (s) 2 2(g) Quelle quantité d énergie faut-il pour décomposer 20,00 g de méthane? (g) 7,8 kj (s) 2 2(g) 1 mol 7,8 kj 1 mol 2 mol 16,05 g 12,01 g,0 g 20,00 g? kj 16,05 g 7,8 kj 20,00 g 7,8 kj 93,2 kj 16,05 g Réponse : La décomposition de 20,0 g de méthane nécessite 93,2 kj. 11 La chaleur molaire de la réaction de synthèse du monoxyde de carbone () est de 110,5 kj/mol. Quelle est sa chaleur massique? 110,5 kj 1 mol D où? kj 1 g équivaut à 110,5 kj 28,01 g 110,5 kj 28,01 g 1 g 110,5 kj 28,01 g 3,95 kj Réponse : La chaleur massique de la synthèse du monoxyde de carbone est de 3,95 kj/g de. 12 La dissolution de 10,00 g de sulfate de cuivre dégage 8,00 kj. a) Quelle est la chaleur massique de réaction? 8,00 kj 10,00 g? kj 1 g D où 8,00 kj 1 g 10,00 g 0,800 kj Réponse : La chaleur massique de réaction est de 0,800 kj/g ou 800 J/g de us. b) Quelle est la chaleur molaire de réaction? omme la masse molaire du sulfate de cuivre est de 159,62 g/mol : 8,00 kj 10,00 g? kj 159,62 g 8,00 kj 159,62 g 10,00 g 127,7 kj Réponse : La chaleur molaire de réaction est de 128 kj/mol de us. 17 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
13 La nitroglycérine se décompose selon l équation suivante : 3 5 N 3 9(l) 6 N 2(g) 12 2(g) 10 2 (g) 2(g) 6165,6 kj Quelle masse de nitroglycérine est nécessaire si on veut obtenir 10 000 kj? 3 5 N 3 9(l) 6 N 2(g) 12 2(g) 10 2 (g) 2(g) 6165,6 kj mol 908, g? g 908, g 6 mol 168,12 g 908, g 10 000 kj 6165,6 kj 173, g 12 mol 528,12 g 10 mol 180,2 g 1 mol 32,00 g 6165,6 kj 10 000 kj 6165,6 kj Réponse : Il faut 173, g de nitroglycérine pour obtenir 10 000 kj. 1 Soit la réaction : A B D Si l enthalpie totale des réactifs est de 50 kj de plus que celle des produits, quel est le de la réaction? Exemple de démarche. p r x kj (x 50) kj x kj x kj 50 kj 50 kj 15 Pour une réaction chimique donnée, l enthalpie des substances produites est de 925,6 kj et celle des réactifs est de 38,7 kj. a) Quelle est la variation d enthalpie de cette réaction? p r 925,6 kj 38,7 kj 50,9 kj b) ette réaction est-elle endothermique ou exothermique? ette réaction est endothermique. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 175
16 Une réaction donnée dégage 265 kj. Si l enthalpie des produits est de 987 kj, quelle est l enthalpie des réactifs? p r D où r ( p ) D où r ( 265 kj 987 kj) D où r 1252 kj 17 Récrivez les équations suivantes en indiquant la chaleur de réaction en kj/mol de produit. N oubliez pas de respecter la convention des signes. a) (s) 2(g) 2(g) 39 kj (s) 2(g) 2(g) 39 kj/mol de 2 b) 2 2(g) 2(g) 2 2 (g) 8 kj 2 2(g) 2(g) 2 2 (g) 22 kj/mol de 2 c) N 2(g) 2(g) 66, kj 2 N 2(g) N 2(g) 2(g) 2 N 2(g) 33,2 kj/mol de N 2 d) La synthèse de 3 moles de dioxyde de soufre gazeux (S 2 ) dégage 890, kj. S (s) 2(g) S 2(g) 296,8 kj/mol de S 2 18 Récrivez les équations thermiques suivantes en y incluant l énergie de façon appropriée. a) 3 8(g) 3 (s) 2(g) 103,8 kj/mol de 3 8 3 8(g) 103,8 kj 3 (s) 2(g) b) (g) (s) 2 2(g) 7,8 kj/mol de (g) 7,8 kj (s) 2 2(g) c) 2 N 2 (g) 2 N 2(g) 2(g) 82,1 kj/mol de N 2 2 N 2 (g) 2 N 2(g) 2(g) 16,2 kj d) La chaleur molaire de la synthèse du Mg (s) est de 602 kj/mol de Mg. 2 Mg (s) 2(g) 2 Mg (s) 120 kj ou Mg (s) 1/2 2(g) Mg (s) + 602 kj 19 La chaleur massique de fusion de l aluminium est de 393 J/g. Quelle est sa chaleur molaire de fusion? M Al 26,98 g/mol 393 J? J 1 g 26,98 g 393 J 26,98 g 1 g 10 603 J Réponse : La chaleur molaire de fusion de l aluminium est de 10,6 kj/mol de Al. 176 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
20 Voici un diagramme de l enthalpie en fonction de la progression d une réaction hypothétique. (kj) a) Quels sont les réactifs? Les réactifs sont A et B. 850 b) Quelle est l enthalpie des réactifs? L enthalpie des réactifs est de 850 kj. c) Quels sont les produits? 320 Les produits sont et D. d) Quelle est l enthalpie des produits? L enthalpie des produits est de 320 kj. e) Quelle est la variation d enthalpie de cette réaction? A B D Progression de la réaction p r 320 kj 850 kj 530 kj f) ette réaction est-elle endothermique ou exothermique? Expliquez votre réponse. ette réaction est exothermique, puisque l enthalpie des réactifs est plus grande que celle des produits et que la variation d enthalpie est négative. 21 La dissolution d une mole d acide sulfurique ( 2 S ) dégage 7,1 kj. Tracez le diagramme de l enthalpie en fonction de la progression de la réaction. (kj) 0 2 S (l) 7,1 2 (aq) S 22 (aq) Progression de la réaction EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 177
22 Tracez un diagramme de l enthalpie en fonction de la progression de la réaction d après l équation thermique suivante : Zn 3(s) 71,5 kj Zn (s) 2(g) 71,5 (kj) 0 Zn 3(s) Zn (s) 2(g) Progression de la réaction 23 Soit l équation thermique suivante : 2 N (g) l 2(g) 2 Nl (g) 15,8 kj Quelle est la chaleur molaire de chacune des réactions ci-dessous en fonction du Nl? a) N (g) 1/2 l 2(g) Nl (g) 77, kj/mol de Nl b) 6 Nl (g) 6 N (g) 3 l 2(g) 77, kj/mol de Nl 2 bservez le diagramme énergétique suivant. Écrivez l équation thermique de cette réaction. (kj) 0 0 A 2B 2120 AB 2 Progression de la réaction A 2 B AB 2 120 kj ou A 2 B AB 2 5 2120 kj 178 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
25 e diagramme montre la variation de température en fonction du temps d un échantillon de 18,0 g d aluminium. (Pour répondre aux questions, consultez les annexes, à la fin du cahier.) a) Quel changement de phase ce diagramme illustre-t-il? Expliquez votre réponse. Il s agit d une solidification, puisque la température diminue en fonction du temps et que le plateau correspond à la température de fusion ou de solidification de l aluminium, qui est de 660. La variation de température en fonction du temps T ( ) 800 700 600 500 00 300 200 100 0 0 2 6 8 10 12 1 16 18 t (min) b) Écrivez l équation thermique qui correspond à ce changement de phase de deux façons différentes. Selon l ANNEXE 11, la chaleur molaire de fusion de l aluminium est de 10,8 kj/mol de Al. Donc, sa chaleur molaire de solidification est de 10,8 kj/mol de Al. Al (l) Al (s) 10,8 kj Al (l) Al (s) 10,8 kj c) Quelle quantité d énergie est mise en jeu entre la e minute et la 12 e minute? Précisez si cette énergie est dégagée ou absorbée. 10,8 kj 1 mol de Al équivaut à 10,8 kj 26,98 g de Al? kj 18,0 g de Al 10,8 kj 18,0 g 26,98 g 7,21 kj Réponse : L aluminium dégage 7,21 kj entre la e et la 12 e minute. d) Quelle quantité d énergie est mise en jeu entre la 12 e minute et la 18 e minute? Précisez si cette énergie est dégagée ou absorbée. 1. Q? 2. m 18,0 g c 0,90 J/g T i 660 T f 200 3. T T f T i Q mc T. T 200 660 60 Q 18,0 g 0,90 J/g 60 752 J Réponse : L aluminium dégage 7,5 103 J ou 7,5 kj. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 179
Exercices.3 Le bilan énergétique et le diagramme énergétique 1 Quelle est l énergie nécessaire pour briser les liaisons des molécules suivantes? Pour répondre, consultez les ANNEXES 7 et 8. a) Le phosgène (l 2 ) est utilisé dans la production de polymères et dans l industrie pharmaceutique. l l b) L acrylonitrile ( 2 N) est utilisé dans la fabrication du plastique. N (2 liens simples l) (1 lien double ) (2 330 kj) 71 kj 101 kj (3 liens simples ) (1 lien double ) (1 lien simple ) (1 lien triple N) (3 1 kj) 611 kj 37 kj 891 kj 3091 kj c) L urée ( N 2 ) est utilisée principalement comme engrais. N N ( liens simples N ) (2 liens simples N) (1 lien double ) ( 389 kj) (2 293 kj) 71 kj 2883 kj d) La vanilline ( 8 8 3 ) est une molécule odorante caractéristique de l odeur de vanille. (7 liens simples ) ( liens simples ) (3 liens simples -) (3 liens doubles ) (1 lien double ) (1 lien simple ) (7 1 kj) ( 37 kj) (3 351 kj) (3 611 kj) 71 kj 6 kj 8377 kj EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 185
2 Effectuez le bilan énergétique de chacune des transformations ci-dessous. a) (g) 2 2(g) 2(g) 2 2 (g) Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs Énergie dégagée par la formation des liens des produits ( liens simples ) (2 liens doubles ) (2 liens doubles ) ( liens simples ) ( 1 kj) (2 98 kj) (2 71 kj) ( 6 kj) 2652 kj 3338 kj Bilan énergétique 2652 kj 3338 kj 686 kj b) 2(g) l 2(g) 2 l (g) l l l l Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs Énergie dégagée par la formation des liens des produits (1 lien simple ) (1 lien simple l l) (2 liens simples l) 35 kj 23 kj (2 31 kj) 678 kj 862 kj Bilan énergétique 678 kj 862 kj 18 kj 186 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
c) 2 (s) 3 2(g) 2 6(g) Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs Énergie dégagée par la formation des liens des produits (aucun lien) (3 liens simples ) (6 liens simples ) 1 (1 lien simple ) 0 (3 35 kj) (6 21 kj) 1 237 kj 1305 kj 22831 kj Bilan énergétique 1305 kj 1 22831 kj = 21526 kj d) 2 NF 3(g) N 2(g) 3 F 2(g) F F N F N F F N N F F F F F F F Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs Énergie dégagée par la formation des liens des produits (6 liens simples N2F) (1 lien triple N N) (3 liens simples F2F) (6 272 kj) (296 kj) (3 2159 kj) 1632 kj 2123 kj Bilan énergétique 1632 kj 1 2123 kj 1209 kj EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 187
3 Une réaction doit absorber 250 kj pour débuter. Ensuite, elle dégage 100 kj. a) Dessinez le diagramme énergétique de cette transformation, en y indiquant l endroit où sont situés les réactifs, les produits et le complexe activé. (kj) 250 150 Réactifs 0 omplexe activé Produits Progression de la réaction b) alculez la variation d enthalpie et l énergie d activation de cette réaction. p r 150 kj 0 kj 150 kj E a ca r E a 250 kj 0 kj E a 250 kj Soit le diagramme énergétique ci-contre. a) Quelle est la valeur de l enthalpie des réactifs? r 0 kj b) Quelle est la valeur de l enthalpie des produits? p 150 kj c) Quelle est la valeur de l enthalpie du complexe activé? 150 100 50 0 50 100 150 200 (kj) Progression de la réaction ca 100 kj d) La réaction est-elle endothermique ou exothermique? Expliquez votre réponse. La réaction est exothermique, parce que l enthalpie des réactifs est plus grande que l enthalpie des produits. 188 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
e) Quelle est la valeur de la variation d enthalpie de la réaction? f) Quelle est la valeur de l énergie d activation de la réaction? p r 150 kj 0 kj 150 kj 5 Voici le diagramme énergétique d une réaction. Indiquez la lettre du graphique à laquelle correspond chacune des valeurs suivantes. a) La variation d enthalpie de la réaction directe. (kj/mol) A B D E a ca r E a 100 kj 0 kj E a 100 kj E G F G b) L énergie d activation de la réaction directe. D Progression de la réaction c) L enthalpie des réactifs. B e) L enthalpie du complexe activé. A g) L énergie d activation de la réaction inverse. d) L enthalpie des produits. f) La variation d enthalpie de la réaction inverse. F 6 Le carbone réagit avec le dihydrogène pour produire un gaz, le 3 8, tout en dégageant 10 kj/mol du produit. Illustrez cette réaction de trois façons différentes. 3 (s) 2(g) 3 8(g) 10 kj 3 (s) 2(g) 3 8(g) 10 kj (kj) 0 3 (s) 2(g) 10 3 8(g) Progression de la réaction EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 189
7 Le chlorure de vinyle, aussi connu sous le nom de chloroéthène, est la matière première du polychlorure de vinyle (PV). Il est fabriqué industriellement à partir de l éthylène et du dichlore selon l équation suivante : 2 2(g l 2(g) 2 l (g) l (g) l a) Effectuez le bilan énergétique de cette réaction. Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs : ( liens simples ) (1 lien double ) (1 lien simple l l) ( 1 kj) 611 kj 23 kj 2510 kj l l Énergie dégagée lors de la formation des liens des produits : (3 liens simples ) (1 lien simple l) (1 lien double ) (1 lien simple -l) (3 1 kj) 330 kj 611 kj 31 kj 261 kj Bilan énergétique Énergie absorbée Énergie dégagée Bilan énergétique 2510 kj 261 kj Bilan énergétique 10 kj l b) Dessinez le diagramme énergétique de la réaction. Sur le diagramme, représentez l énergie d activation et la variation d enthalpie de la réaction. 2510 (kj) E a 0 10 2 2 l 2 2 l l Progression de la réaction 190 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
Exercices Synthèse du chapitre 1 Voici le diagramme énergétique d une réaction. a) Quels sont les réactifs? Le N 3. b) Dans cette réaction, l enthalpie des produits est-elle plus haute ou plus basse que l enthalpie des réactifs? Elle est plus haute. c) Est-ce une réaction endothermique ou exothermique? est une réaction endothermique. (kj) 2300 N 2(g) 3 2(g) 6 2 N 0 3(g) Progression de la réaction d) Quelle est la variation d enthalpie de cette réaction? p r 6 kj 0 kj 6 kj e) Quelle est l énergie d activation de la réaction inverse? E ai ca r E ai 2300 kj 6 kj E ai 225 kj f) Quelle est l énergie d activation de la réaction directe? E a ca r E a 2300 kj 0 kj E a 2300 kj g) Quelle est la variation d enthalpie de la réaction inverse? i 0 kj 2 6 kj 26 kj EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 193
2 Voici l équation thermique de l évaporation de l eau : 2 (l) 2 (g) kj/mol de 2 Si l enthalpie de la vapeur d eau est de 92 kj, quelle est l enthalpie de l eau sous forme liquide? p r D où r 2( p ) D où r 2( kj 92 kj) D où r 880 kj 3 Pour chacune des transformations ci-dessous, indiquez si ce sont les réactifs ou les produits qui possèdent l enthalpie la plus basse. a) 2 Mg (s) 2(g) 2 Mg (s) 120 kj Le produit, l oxyde de magnésium (Mg (s) ). b) 2 (s) 2 2(g) 2 (g) 52 kj Les réactifs, le carbone et le dihydrogène. c) 2 Na (s) l 2(g) 2 Nal (s) 82 kj Le produit, le chlorure de sodium (Nal). d) 2 Fe 2 3(s) 1660 kj 3 2(g) Fe (s) Le réactif, le Fe 2 3(s). omplétez les phrases suivantes. a) Dans une réaction endothermique, l énergie absorbée est plus grande que l énergie dégagée. b) Dans une réaction exothermique, l énergie d activation de la réaction directe est plus petite que l énergie d activation de la réaction inverse. c) Le signe de la variation d enthalpie d une réaction endothermique est positif. d) Dans une réaction exothermique, l enthalpie des réactifs est plus grande que celle des produits. 5 Une étudiante note les observations suivantes : A. La transformation d une mole d un gaz libère 26 kj. B. La transformation d une mole d un liquide libère 175 kj.. La transformation d une mole d un solide absorbe 1615 kj. D. La transformation d une mole d un liquide absorbe 12 kj. Lesquelles de ces transformations sont probablement des phénomènes physiques? Expliquez votre réponse. La transformation A et la transformation D, puisqu elles font intervenir moins d énergie que les deux autres. 19 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
6 Voici le diagramme énergétique d une réaction. Quelle est la chaleur molaire de décomposition du sulfure de dihydrogène? i 0 kj 20,2 kj 20,2 kj Donc, la chaleur molaire est de 20,2 kj. 20,2 (kj) 7 Alexandre fait chauffer 250,0 ml d eau à 18,0 par la combustion de 0,650 g de gaz naturel ( ). Si la chaleur molaire de combustion du gaz naturel est de 890 kj/mol de, quelle sera la température finale de l eau? n considère qu il n y a pas d échange d énergie avec le milieu extérieur. 0 2(g) S (s) 2 S (g) Progression de la réaction 1. T f? 2. V eau 250,0 ml D où m eau 250,0 ml 1 g/ml 250,0 g T i 18,0 Q combustion 890 kj/mol de 3. Q eau 2Q combustion de 0,650 g de Q eau m eau c eau T eau Q eau D où T eau m eau c eau T T f T i D où T f T T i. alcul de l énergie dégagée par la combustion de 0,650 g de 890 kj 890 kj? kj équivaut à mol de 16,05 g de 0,650 g de 890 kj 0,650 g 36,0 kj 16,05 g alcul de la variation de température de l eau Q eau 36,0 kj 36,0 kj 36 000 J 36 000 J T eau 250,0 g,19 J/g 3, alcul de la température finale de l eau T f 18,0 3, 52, Réponse : La température finale de l eau sera de 52,. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 195
8 Pour amorcer une réaction chimique donnée, il faut 20 kj. ette réaction dégage ensuite 15 kj. a) La réaction est-elle endothermique ou exothermique? Expliquez votre réponse. La réaction est exothermique, puisqu elle dégage plus d énergie qu elle n en absorbe. b) L enthalpie des réactifs est-elle supérieure ou inférieure à celle des produits? L enthalpie des réactifs est supérieure à celle des produits. c) Quelle est la variation d enthalpie de cette réaction? 125 kj d) Quelle est l énergie d activation de la réaction directe? 20 kj e) Quelle est l énergie d activation de la réaction inverse? 15 kj 9 Le graphique ci-contre représente la décomposition du dioxyde d azote. Indiquez si chacun des énoncés suivants est vrai ou faux. S il est faux, expliquez pourquoi. a) Les réactifs sont N 2(g) 2 2(g). Faux. e sont les produits. (kj) 0 2 N 2(g) b) Les réactifs possèdent une enthalpie plus grande que les produits. Vrai. c) La réaction de décomposition du dioxyde d azote est exothermique. Vrai. 66, N 2(g) 2 2(g) d) La variation d enthalpie de cette réaction est positive. Faux. La variation d enthalpie est négative, puisque la réaction est exothermique. Progression de la réaction e) La variation d enthalpie de la réaction de synthèse du dioxyde d azote est de 66, kj/mol de N 2. Faux. La variation d enthalpie est de 33,2 kj/mol de N 2. 10 Indiquez le signe qui devrait être associé à la valeur du transfert d énergie décrit dans chacun des énoncés ci-dessous. a) La température du verre de jus oublié sur la table augmente graduellement. Positif. b) Le sable exposé au soleil dégage une douce chaleur. Négatif. c) En cas d hypothermie, la température du corps chute de façon alarmante. Négatif. 196 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
11 Écrivez les équations thermiques des réactions de formation des substances suivantes (voir l ANNEXE 10). a) NF 3(g) 1 2 N 2(g) 3 2 F 2(g) NF 3(g) 12,7 kj b) N (g) 1 2 2(g) (s) 1 2 N 2(g) N (g) 135 kj c) Trioxyde de dialuminium. 2 Al (s) 3 2 2(g) Al 2 3(s) 1676 kj d) Sulfate de magnesium. Mg (s) S (s) 2 2(g) MgS (s) 1285 kj 12 Vanessa mélange 120,0 ml d eau froide à 10,0 avec 60,0 ml d eau chaude à 75,0. Quelle sera la température finale du mélange? Q eau froide 2Q eau chaude 120,0 g,19 J/g (T f 10,0 ) 60,0 g,19 J/g (T f 75,0 ) 120,0 T f 1200 60,0 T f 500 180,0 T f 5700 T f 31,7 Réponse : La température finale du mélange sera de 31,7. 13 Voici l équation de la réaction de synthèse de l iodure d hydrogène : 2(g) I 2(g) 2 I (g) Si la chaleur de cette réaction est de 26,0 kj/mol d iodure d hydrogène, quelle sera la quantité de chaleur absorbée si l on fait réagir complètement,00 g de dihydrogène ( 2(g) ) avec suffisamment de diiode (I 2(g) )? 2(g) I 2(g) 52,0 kj 2 l (g) 1 mol 1 mol 52,0 kj 2 mol 2,02 g 253,80 g 255,82 g,00 g? kj 2,02 g 52,0 kj,00 g 52,0 kj 2,02 g 103 kj Réponse : La chaleur absorbée sera de 103 kj. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 197
1 L acide acétique qui compose le vinaigre provient de l oxydation de l éthanol dans le vin, d où le nom «vin aigre». Voici la réaction qui illustre ce phénomène. 3 2 (l) 2(g) 3 (aq) 2 (l) a) Effectuez le bilan énergétique de cette réaction. Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs : (5 liens simples ) (1 lien simple ) (1 lien simple ) (1 lien simple ) (1 lien double ) (5 1 kj) 37 kj 351 kj 6 kj 98 kj 3521 kj Énergie dégagée lors de la formation des liens des produits : (3 liens simples ) (1 lien simple ) (1 lien double ) (1 lien simple ) (3 liens simples -) (3 1 kj) 37 kj 71 kj 351 kj (3 6 kj) 073 kj Bilan énergétique Énergie absorbée Énergie dégagée 3521 kj 073 kj 552 kj b) Dessinez le diagramme énergétique de la réaction. Sur le diagramme, tracez des flèches qui illustrent l énergie d activation et la variation d enthalpie de la réaction. 3521 (kj) E a 0 552 3 2 2 3 2 Progression de la réaction 198 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
Défis du chapitre 1 Une piscine contient 10 000 L d eau à 17. Quelle quantité d eau bouillante devrait-on y ajouter pour augmenter la température de l eau de la piscine de 3? 1. m eau bouillante? 2. Piscine : V 10 000 L D où m eau 10 000 kg T i 17 T f 20 T 3 Eau bouillante : T i 100 T f 20 T 80 3. Q mc T D où m Q c T T T f T i. alcul de l énergie nécessaire pour chauffer l eau de la piscine Q piscine 10 000 kg,19 kj/kg 3 Q piscine 125 700 kj alcul de la masse d eau bouillante Q dégagée par l eau bouillante Q piscine 125 700 kj 125 700 kj m 375 kg,19 kj/kg 80 Réponse : Il faudrait ajouter environ 102 L d eau bouillante dans la piscine. 2 Gabrielle fait bouillir 100,0 g d éthanol ( 2 5 ) jusqu à vaporisation complète. Si la température initiale de l éthanol est de 15,0, quelle quantité d énergie sera nécessaire? omme la température d ébullition de l éthanol est de 78,0, il faut d abord chauffer l éthanol de 15,0 à 78,0 pour qu elle se vaporise. Q total Q chauffage Q vaporisation alcul de la chaleur nécessaire pour chauffer l éthanol de 15,0 à 78 T i 15,0 T f 78,0 T T f T i 78,0 15,0 63,0 Q mc T Q 100,0 g 2,6 J/g 63,0 Q 15 98 J ou 15,5 kj alcul de la chaleur nécessaire pour vaporiser l éthanol haleur molaire de vaporisation de l éthanol (voir l ANNEXE 11) 39,3 kj/mol 39,3 kj 6,08 g? kj donc, 85,3 kj 100,0 g alcul de la chaleur totale Q total 15,5 kj 85,3 kj 100,8 kj Réponse : Il faudra 101 kj pour la vaporisation complète de l éthanol. EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 199
3 Un étudiant détermine que l énergie d activation d une réaction est égale à 20 kj tandis que l énergie d activation de la réaction inverse est de 820 kj. Quelle est la variation d enthalpie de cette réaction? E a E ai 20 kj 820 kj 580 kj La combustion du méthane ( (g) ) est représentée par le diagramme ci-contre. Quelle quantité d énergie est nécessaire pour permettre à 80,00 g de méthane de former un complexe activé avec le dioxygène? (kj) 2650 (g) 2 2(g) 0 802 2(g) 2 2 (g) Progression de la réaction E a ca r E a 2650 kj 0 kj E a 2650 kj 2650 kj 1 mol ou 2650 kj 16,05 g? kj 80,00 g 2650 kj 80,00 g 16,05 g 13 209 kj Réponse : Il faut 1,321 10 kj pour permettre à 80,00 g de méthane de former un complexe activé. 5 Le méthanol ( 3 ) et l éthanol ( 2 5 ) sont deux types d alcool qui peuvent être utilisés comme carburants. STRUTURE DU MÉTANL STRUTURE DE L ÉTANL 200 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES
a) Effectuez le bilan énergétique de la réaction de combustion de chacun de ces carburants. N oubliez pas d écrire l équation balancée de chacune des combustions. 2 3 (l) 3 2(g) 2 2(g) 2 (g) Bilan énergétique de la combustion du méthanol : Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs (6 liens simples ) (2 liens simples ) (2 liens simples ) (6 1 kj) (2 351 kj) (2 6 kj) Énergie dégagée par la formation des liens des produits (3 liens doubles ) ( liens doubles ) (8 liens simples ) (3 98 kj) ( 71 kj) (8 6 kj) 5608 kj 6676 kj Bilan énergétique 5608 kj 6676 kj 1068 kj 2 5 (l) 3 2(g) 2 2(g) 3 2 (g) Bilan énergétique de la combustion de l éthanol : Énergie absorbée pour briser les liens des réactifs (5 liens simples -) (1 lien simple ) (1 lien simple ) (1 lien simple ) Énergie dégagée par la formation des liens des produits (3 liens doubles ) ( liens doubles ) (6 liens simples ) (5 1 kj) 37 kj 351 kj 6 kj (3 98 kj) ( 71 kj) (6 6 kj) 726 kj 578 kj Bilan énergétique 726 kj 578 kj 1022 kj EXERIES APITRE LES RÉATINS ENDTERMIQUES ET EXTERMIQUES 201
b) Quelle est la chaleur molaire de combustion de chacun des carburants? La combustion du méthanol : 1068 kj 2 mol de 3 53 kj/mol de 3 La combustion de l éthanol : 1022 kj 1 mol de 2 5 1022 kj/mol 2 5 c) Quelle est la chaleur massique de combustion de chacun des carburants? La combustion du méthanol : 53 kj 1 mol de 3 équivaut à 53 kj 32,05 g de 3 16,7 kj 1 g de 3 La combustion de l éthanol : 1022 kj 1 mol de 2 5 équivaut à 1022 kj 6,08 g de 3 22,18 kj 1 g de 2 5 d) Quelle est l énergie d activation pour la combustion de 1 mol de chacun des carburants? La combustion du méthanol : 5608 kj E a 2 mol 3 280 kj/mol de 3 La combustion de l éthanol : 726 kj E a 1 mol 2 5 726 kj/mol 2 5 e) Vous partez en expédition et vous voulez voyager le plus léger possible. Dans ce contexte, quel carburant vous offrira le plus grand potentiel énergétique? Expliquez votre réponse. est l éthanol qui m offrira le plus grand potentiel énergétique puisqu il a la plus grande chaleur massique de combustion. 202 PARTIE II L ASPET ÉNERGÉTIQUE DES TRANSFRMATINS EXERIES