Thermochimie 1

EXERCICES
Thermochimie 1 - révisions
ThCh11 Enthalpies standard à différentes températures
1
On donne à 25°C pour la réaction : CO + 2 O2 ----> CO2 : ΔrH° : enthalpie molaire standard de réaction = 284,3 kJ.mol-1.
Déterminer ΔrH°(200K).
Données : valeurs des chaleurs molaires partielles à pression constante des différents constituants (en JK-1mol-1):
pour CO : 29,31 + 3,07.10-3T
pour O2 : 30,0 + 4,2.10-3T
pour CO2 : 44,22 + 8,79.10-3T
ΔH°f2 : enthalpie molaire standard de formation de CO2 gaz = -393,5 kJ.mol-1.
ThCh12 Température de flamme adiabatique
Déterminer la température maximale théorique de la combustion isobare de C2H2 dans l’air selon la réaction :
5
C2H2 (g) + 2 O2 (g) ----> 2 CO2 (g) + H2O (g)
en supposant que l’on parte des proportions stœchiométriques. On supposera la combustion suffisamment rapide
pour qu’elle puisse être considérée comme adiabatique.
Données à 298 K :
5
- enthalpie standard de la réaction C2H2(g)+ 2 O2(g) ---> 2 CO2(g) + H2O(l): ΔrH° = -402 kJ.mol-1.
- capacités calorifiques standard (J.K-1.mol-1) : Cp(CO2(g)) = 37,1 ; Cp(H2O(g)) = 33,6 ;
Cp(H2O(l)) = 75,47.
- chaleur latente de vaporisation de l’eau à 373 K : 40,7 kJ.mol-1.
ThCh13 Température de flamme adiabatique (2)
On considère la réaction d’oxydation, en phase gazeuse, de l’ammoniac en mmonoxyde d’azote selon :
5
2NH3 (g) + 2 O2 (g) = 2NO (g) + 3H2O (g)
1°) Calculer l’enthalpie standard de réaction à 298K.
2°) Cette réaction se déroule dans une enceinte adiabatique, sous une pression constante de 5 bar ; le mélange
initial stœchiométrique est introduit à 298K. Calculer la température atteinte en fin de réaction.
Données :
ΔfH° (kJ.mol-1) à 298K : NH3(g) : -46,19 ; H2O(g) : -241,83 ; NO(g) : 90,37.
capacités calorifiques standard (J.K-1.mol-1) Cp° : gaz diatomiques : 27,2 + 0,004T ; H2O(g) : 34,3 + 0,008T.
Réponses : 1°) ΔrH° = - 452,37 kJ.mol-1
2°) Tf = 2531 K.
ThCh14 Température d’explosion
Dans un calorimètre supposé parfait, indilatable et très solide de volume V = 500 cm3, on enferme à T = 298K
et sous une pression de 1 bar, un mélange équimolaire de CO et de O2. Une étincelle provoque l’explosion.
Déterminer la température finale dans le calorimètre.
Données à 298 K : - enthalpie standard de la réaction de combustion de CO : ΔrH° = -228,9 kJ.mol-1.
- capacités calorifiques standard à volume constant (J.K-1.mol-1) : Cv(CO2(g)) = 23,83 ;
Cv(O2(g)) = 19,69.
- chaleur latente de vaporisation de l’eau à 373 K : 40,7 kJ.mol-1.
ThCh15 Loi de Hess
Déterminer à 298K l’enthalpie standard de la réaction (1) :
(1)
N2O4(g) + N2H4(l) = 2N2(g) + 2H2O(g)
connaissant les enthalpies standard de réaction, à 298K, des réactions suivantes :
(2)
NH3(g) = 1/2N2(g) + 3/2H2(g)
: Δr2H° = 46,19 kJ.mol-1
(3)
N2O4(g) = 2NO2(g)
: Δr3H° = 58,04 kJ.mol-1
(4)
2NH3(g) = N2H4(l) + H2(g)
: Δr4H° = 142,80 kJ.mol-1
(5)
2NO2(g) + 2H2(g) = N2(g) + 2H2O(g) : Δr5H° = -551,36 kJ.mol-1
Réponse : : ΔrH1° = -543,74 kJ.mol-1
ThCh16 Cycles enthalpiques ou diagrammes de Hess
I) On donne l’équation de réaction de chauffage du carbonate de calcium : CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
Déterminer l’enthalpie standard, l’entropie standard et l’enthalpie libre standard de cette réaction à 298K
Données :
ΔfH°(kJmol-1)
Si° (JK -1mol-1)
CO2(g)
-394
214
CaO(s)
-634
40
CaCO3(s)
-1207
90
II) On donne à 25°C :
ΔH°f1 : enthalpie molaire standard de formation de H2O gaz = -241,8 kJ.mol-1.
ΔH°f2 : enthalpie molaire standard de formation de CO2 gaz = -393,5 kJ.mol-1.
ΔH°1 : enthalpie molaire de combustion de la propanone gazeuse = -1700 kJ.mol-1.
ΔH°s : enthalpie molaire standard de sublimation du carbone graphite = 716,7 kJ.mol-1.
ΔH°CC : enthalpie molaire standard de la liaison C-C dans les molécules organiques = 347 kJ.mol-1.
ΔH°CH : enthalpie molaire standard de la liaison C-H dans les molécules organiques = 412 kJ.mol-1.
ΔH°O2 : enthalpie molaire standard de la liaison de la molécule O2 = 495,3 kJ.mol-1.
ΔH°H2 : enthalpie molaire standard de la liaison de la molécule H2 = 435,2 kJ.mol-1.
Calculer à 25°C :
1°) ΔH°f : enthalpie molaire standard de formation de la propanone.
2°) ΔH°CO : enthalpie molaire standard de la liaison C=O de la propanone
3°) ΔH°2 : enthalpie molaire standard de combustion de la butanone.
ThCh17 Enthalpies de liaison et de combustion
Connaissant les enthalpies standard de formation en kJ.mol-1 des composés suivants :
méthane : CH4(g) : -74,60
acéthylène C2H2(g) : 227,40
eau H2O(l) : -285,83
éthane C2H6(g) : -84,67
carbone C(g) : 716,68
dioxyde de carbone C02(g) : -393,51
éthylène C2H4(g) : 52,40
hydrogène H(g) : 218,0
1°) Calculer les enthalpies de liaison C-H, C-C, C=C, C=C
2°) En déduire ΔfH° = f(n) de l’alcane CnH2n+2
3°) Calculer ΔrH° = f(n) pour la réaction de combustion de l’alcane CnH2n+2.
Réponses : 1°) DC-H = 415,82 kJ.mol-1 ; DC-C = 331,1 kJ.mol-1 ; DC=C = 589,7 kJ.mol-1 ; DC=C = 816,3 kJ.mol-1
2°) ΔfH°(CnH2n+2) = - 9,96 n - 64,54 kJ.mol-1
3°) ΔrH° = - 669,38n - 221,29 kJ.mol-1
ThCh18 Température de flamme du méthane dans l’air
Le méthane réagit dans l’air selon la réaction à 298 K :
3
CH4 + 2 O2(g) ----> 2H2O(l) + CO(g)
On considère que la composition volumique de l’air est de 20% de dioxygène et de 80% de diazote.
1°) Calculer l’enthalpie molaire standard de la réaction à 298K : ΔH1°.
2°) On fait réagir, sous une pression de 1 bar, du méthane avec le volume d’air exactement nécessaire à sa
disparition complète. Les réactifs sont introduits à 298 K et réagissent selon la réaction :
3
CH4 + 2 O2(g) ----> 2H2O(g) + CO(g)
La réaction est supposée totale et suffisamment rapide pour pouvoir négliger les échanges de chaleur avec
l’extérieur. Calculer la température théorique atteinte Tf, appelée température de flamme.
Données à 298 K, sous 1 bar :
Composé
CH4(g)
O2(g)
N2(g)
CO(g)
H2O(l)
H20(g)
ΔΗf°(kJ.mol-1)
-74.8
-110.5
-285.8
CP(J.mol-1.K-1)
23,65 + 47,88.10-3T
29,96 + 4,18.10-3T
27,88 + 4,27.10-3T
28,42 + 4,10.10-3T
75,47
30,01 + 10,71.10-3T
Enthalpie molaire standard de vaporisation de l’eau à 373 K : ΔHv° = 40,7 kJ.mol-1.
ThCh19 Détermination d’une énergie réticulaire
Déterminer l’énergie réticulaire de cristal de chlorure d’argent grâce aux données fournies en kJ.mol-1 et à
298K :
ΔsubH°(Ag) = 284,9 ; DCl-Cl = 243 ; ΔfH°(AgCl,c) : -127,1 ; ΔionH°(Ag) = 727 ; Eae(Cl) = 350.
Réponse : Δret(AgCl) = 910,5 kJ.mol-1
ThCh110 Changement d’état et chaleur de réaction
On considère la réaction de réduction de l’oxyde de magnésium par le carbone :
MgO(c) + C(graph) ---> Mg + CO(g).
Selon la température, le métal obtenu est solide, liquide ou gazeux.
Sous la pression de 101,3 kPa, le magnésium fond à 651°C et bout à 1107°C ; les variations d’enthalpie de
fusion et de vaporisation sont respectivement 8,96 et 136,0 kJ.mol-1. Déterminer la chaleur de réaction à pression
constante en fonction de la température.
ΔfH°(kJ.mol-1) et C°p(J.K-1.mol-1) :
CO(g)
: ΔfH° = -110,52 ; Cp° = 29,31 + 3,07.10-3T
MgO(c) : ΔfH° = -601,83 ; Cp° = 37,42 + 0,37.10-3T
C(graph) : Cp° = 11,29 + 10,87.10-3T
Mg
: Cp°(c) = 23,89 ; Cp°(l) = 32,51 ; Cp°(g) = 20,95.
Réponses : T<Tf : ΔrH°(T) = 490,3.103 + 4,49T - 4,09.10-3 T2 (J.mol-1)
Tf<T<Te : ΔrH°(T) = 491,32.103 + 13,11T - 4,09.10-3 T2 (J.mol-1)
T>Te : ΔrH°(T) = 643,27.103 + 1,55T - 4,09.10-3 T2 (J.mol-1)
ThCh111 Détermination expérimentale d’une enthalpie de réaction
On réalise, dans un calorimètre adiabatique, la combustion d’un échantillon de méthanol liquide de masse m
égale à 0,4867g. En présence d’un excès de dioxygène, la réaction est totale et fournit exclusivement du dioxyde
de carbone gazeux et de l’eau liquide.
La valeur initiale de la capacité calorifique à volume constant du système (c’est à dire du mélange réactionnel
avant réaction et du calorimètre) est notée Cv supposée constante : Cv = 5,58.103J.K-1.
Au cours de la réaction, la température de l’ensemble passe de 23,56°C à 25,54°C.
Etablir l’équation-bilan de la réaction et déterminer l’enthalpie standard de combustion correspondante.
Donnée : M(CH3OH) = 32,04 g.mol-1.
Réponse : ΔrH° = - 728,57 kJ.mol-1