Fiche de révision : Thermochimie des réactions chimiques

📋 Plan du Cours

1. Objet et types de réactions
2. Écriture et indices de réaction
3. Enthalpie et conditions standard
4. Calculs d’enthalpie de réaction

📖 1. Objet et types de réactions

🔑 Notions clés & Définitions

• Thermochimie : Étude des transports d’énergie associés aux transformations chimiques et de l’état macroscopique d’un système à l’équilibre.
• Réaction homogène : Une réaction homogène met en présence tous ses constituants dans une seule et même phase.
• Réaction hétérogène : Une réaction hétérogène répartit les constituants du mélange entre plusieurs phases.

★ À maîtriser

📌 La thermochimie ne prend pas en compte le facteur temps, qui relève de la cinétique chimique.

Compléments

• 🔄 La rencontre des réactifs dépend de trois facteurs:

  1. leur état physique
  2. l’énergie du choc
  3. la géométrie du choc

• Les indices observables d’une réaction chimique sont:

  • un changement de couleur
  • l’apparition d’un solide ou d’un précipité
  • un changement de température
  • un dégagement gazeux visible par des bulles
  • une odeur

💡 Astuce mémo

Thermochimie : état final et énergie ; cinétique : facteur temps

📖 2. Écriture et indices de réaction

★ À maîtriser

📌 Les coefficients stœchiométriques d’une équation chimique peuvent être des fractions.

Compléments

• La combustion du méthane s’écrit $\mathrm{CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l)}$.

• La combustion du méthanol peut s’écrire $\mathrm{CH_3OH + \frac{3}{2}O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O}$.

📌 Deux écritures stœchiométriques différentes d’une même réaction peuvent conduire à des quantités de chaleur différentes, notées Q1 et Q2, avec Q2 différent de Q1 dans l’exemple donné.

• L’unité indiquée pour l’enthalpie standard de réaction est le joule par mole, noté J·mol⁻¹.

💡 Astuce mémo

Des coefficients comme des pièces de construction ajustent l’équation

📖 3. Enthalpie et conditions standard

🔑 Notions clés & Définitions

• Enthalpie de réaction : Variation d’énergie qui accompagne une réaction chimique.
• Enthalpie standard de formation : Énergie mise en jeu lors de la formation d’une mole d’un composé à partir de corps purs simples, dans leur état standard et sous leur forme la plus stable à la température considérée.

★ À maîtriser

📐 Formule — À pression constante, la chaleur de réaction vérifie $\Delta H = Q_p$.

📌 L’enthalpie standard de formation d’un corps pur simple sous sa forme la plus stable et dans son état standard est nulle.

• Pour la combustion du méthane à 25 °C, l’enthalpie standard de réaction est $\Delta_rH^\circ = -890\ \mathrm{kJ\,mol^{-1}}$.

• Les conditions standard indiquées sont une pression de 1 bar et une température de 25 °C, soit 298 K.

Compléments

• Les conditions normales indiquées sont une pression de 1 atm et une température de 0 °C, soit 273 K.

• Dans les conditions de référence indiquées, $\Delta_fH^\circ(\mathrm{H_2(g)}) = 0\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$ et $\Delta_fH^\circ(\mathrm{C_{graphite}}) = 0\ \mathrm{J\,mol^{-1}}$.

💡 Astuce mémo

Conditions standard : 1 bar et 25 °C ; conditions normales : 1 atm et 0 °C

📖 4. Calculs d’enthalpie de réaction

★ À maîtriser

📐 Formule — La loi de Hess donne $\Delta_rH^\circ = \sum_i \nu_i\Delta_fH^\circ(\mathrm{produits}) - \sum_i \nu_i\Delta_fH^\circ(\mathrm{réactifs})$.

📐 Formule — La loi de Kirchhoff permet de calculer l’enthalpie standard de réaction à une autre température selon $\Delta_rH^\circ(T_2)=\Delta_rH^\circ(T_1)+(T_2-T_1)\Delta C_p$, avec $\Delta C_p=\sum_i\nu_i C_{p,i}$.

• Les enthalpies standard de réaction ou de formation sont le plus souvent données à 298 K dans les tables thermodynamiques.

Compléments

• Pour la combustion du méthane, l’enthalpie de réaction s’obtient en combinant les enthalpies standard de formation de CH₄, CO₂ et H₂O, tandis que celle de O₂ est nulle dans son état standard.

• Pour appliquer la loi de Hess, on exprime la réaction comme une transformation des corps purs simples vers les réactifs puis des réactifs vers les produits.

• Dans l’exemple étudié, la température de référence est T1 = 298 K et la température finale considérée est T2 = 1200 K.

💡 Astuce mémo

Former les corps simples, appliquer Hess, puis corriger avec Kirchhoff

📊 Tableaux de synthèse

Conditions de température et de pression