CHAPITRE III Thermochimie

CHIMIE 02. THERMODYNAMIQUE ET CINÉTIQUE CHIMIQUE CHAPITRE 3. THERMOCHIMIE 1. DEFINITION La thermochimie est l’application du premier principe aux réactions chimiques isothermes et isobares. Le fondement de la thermochimie est l’équation Qp=AH, qui fournit une fonction d’état mesurable expérimentalement, reliée ? l’énergie du système.

Elle étudie la capacité qu’ont les molécules d’emmagasiner de l’énergie et de l’échanger avec d’autres molécules dans les processus physiques, ainsi que la production ou l’absorption d’éne cours des réactions p Siq or 12 to nextggge puisque H ne dépen ue alculer AH pour n’im qu’elle réaction, simp initial à l’état final compos nal, on pourra un chemin de l’état d’étapes élémentaires pour lesquelles le changement d’enthalpie est connu. Exemple : AHAB AC B c AHBC nouveaux composés chimiques (Produits).

Une réaction chimique s’écrit sous la forme générale suivante : v 1 A(*) + v 2 sont des composés chimiques, v 1 2 M 3 et v 4 sont les coefficients stoechiométriques indiquant le nombre nécessaire de molécules (de moles) et (*) indique s’il s’agit d’un solide (S), liquide (l) ou gaz (g). Exemple : combustion du méthane : éactifs produits 2. 1. Définition de la capacité calorifique La capacité calorifique est la quantité de chaleur qu’il faut fournir pour élever de un (01) degré la température d’une substance : QP AH . 3.

CHALEUR DE REACTION En pratique, on effectue une réaction chimique en maintenant la température constante, et souvent, elle se produit soit à volume constant soit à pression constante. 4. CA CUL DE L’ENTHALPIE DE REACTION • Intérêt : Calcul des installations industrielles,… etc. 9 Réaction exothermique : il faut éventuellement refroidir le milieu réactionnel pour ?viter une explosion ou une détérioration de Yappareillage. 9 Réaction endothermique : il faut chauffer le réacteur pour conserver une réaction ? une vitesse suffisante. En utilisant AH, on peut introduire une autre fonction qui permet de prévoir le sens d’évolution de la réaction. 9 L’enthalpie d’une réactio 19 ‘une part, déterminée expérimentalement, en calorimétrie (méthode directe), par la mesure de l’effet qui accompagne la réaction. D’autre Résumé de cours présenté par Mr MOUSSACEB part, par calcul (méthode indirecte), à partir des grandeurs déj? onnues (tables thermodynamique). Notamment : AH de formation, de combustion, de liaison… tc. 4. 1. Etat standard -Enthalpie standard de formation 4. 1. 1 . Etat standard ou état de référence Afin de comparer les effets thermiques des différents réactions, il convient de définir les condition dans les quelles ces réactions sont effectuées. Un corps est à l’état standard (état de référence), s’il est à l’état pur, pris dans son état physique le plus stable sous la pression de 1 atm et une température déterminée, généralement à 298K.

L’état standard est distingué par le symbole » lorsque une réaction se réalise dans ces conditions (réactifs et produits sont à l’état standard), on parle « d’enthalpie standard de réaction » notée AH RO . Ainsi, l’enthalpie standard d’une réaction décrit : AH TO si T—298K, on écrit OH 298 Exemple : l’état standard à 298 K de Poxygène est : 02 (gaz) ; celui du carbone est : C(graphite). Soit l’équilibre chimique suivant : COC gaz ) + 1 2 02 ( gaz ) C02 ( eaz ) , dans le calcul de CO(gaz) sous PCO=I bar et h 02(gaz) sous P02—1 bar (CO et 02 sont pris isolements).

Etat final : 1 mole de C02 (gaz) sous PC02 bar. 4. 1. 2. Enthalpie standard de formatlon Quand il s’agit de la réaction de formation d’un composé à partir de corps simples pris dans l’état standard ; on parle d’enthalpie standard de formation de ce composé notée : AH Of , on définit aussi l’enthalpie molaire standard de formation comme étant la chaleur dégagée ou absorbée, lors de la formation d’une mole du composé, sous 1 bar à partir des éléments (corps simples) dans leur état standard. Son unité dans le S. I est le • KJ. mol-1.

On entend par corps imples : 02(gaz), H2(gaz), N2(gaz), Remarque : l’enthalpie molaire standard de formation de tous les éléments (corps simples), pris dans leur état standard, est nulle : AH Of (corps simples) = O Exemple : l’oxygène se trouve à T=298K à l’état diatomique gazeux : 02(gaz) : OH Of (02 ) = O 9 Réaction de formation de H20(l) : H g) + 1 2 02( g) H 20(1 ) AH 20(1 ) 9 Réaction de formation de C02 gaz : s) + 02 (g) – coa gaz ) AH Of ) . 4. 2. Détermination des enthalpies molaires standard de réaction : loi de HESS (1802-1850) 4. 2. 1 . Utilisation des enthalpies de réaction

Puisque l’enthalpie, H, ne peut être estimée et puisque seule la variation OH peut l’être, on définit arbitrairement une référence, appelée l’enthalpie standard de réaction: AH 298 L’état standard d’une subs 2 arbitrairement une référence, appelée l’enthalpie standard de réaction: AH 298 L’état standard d’une substance est représenté par sa forme la plus stable à la pression dune atmosphère et 298K. L’enthalpie standard de réaction correspond à la variation d’enthalpie dans les conditions T. P. V observé e au cours de la réaction. Exemple : [a] C( graphite + 02( gaz ) C02( g) AH 298 – -393. 3Kjmol -1 • [b] cog+1 2 C02(g) – -282. 69 Kjrnol -1 2 Quelle est l’enthalpie standard de la réaction [c] ? C( graphite 4 gaz) cot g) La loi de HESS ou encore le principe de l’état initial et de l’état flnal, stipule que la variation d’enthalpie d’un système est indépendante du chemin suivi (loi énoncée en 1840). Remarquons qu’en soustrayant l’équation [a] de l’équation [b], on obtient l’équation PAGF s 9 produits à partir de ces éléments. SOIt la réaction : HCOOH (l) COC H 20(1 ) -IA Commençons par décomposer l’acide formique en ses éléments stables, puis ecomposons ces éléments pour donner les produits.

HCOOH (l) H g) + C graphite) + g ) AH RO AH O (réactifs) H 2( g) + C graphite ) + 02( g AH OH O ( produits ) COC g) + H 200) Remarque : On définit arbitrairement que la chaleur de formation des éléments les plus stables dans les conditions standard T. P. N, est nulle, ainsi : H 2( g ) + C graphite) + 02( g) HCOOH (l ) , AH OH HCOOH (l H g)) – AH Of(C graphite ) -AH Of (02(g)) AH RO HCOOH Et le AH O (réactifs) = -AH Of ( HCOOH (l ) De la même manière: H 2( g) + 02( g) Et CC graphite) 02(g) AH Of (H 200 AH RO AH Of (COC g)) = AH RO PAGF 19 – H 20(1)