UAA3 - Chimie 2e partie PDF

(2e partie) Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative STOECHIOMÉTRIE Quelles sont les relations entre les quantités de réactifs dans une réaction chimique et les quantités de produits qui...

(2e partie) Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative STOECHIOMÉTRIE Quelles sont les relations entre les quantités de réactifs dans une réaction chimique et les quantités de produits qui sont formés ? Comment mieux décrire et comprendre ces relations ? CONNAÎTRE Les conditions stœchiométriques sont des conditions qui consistent à mélanger les réactifs en respectant les proportions indiquées dans l’équation équilibrée. Nombres stœchiométriques de l’équation Exemple : L’équation équilibrée: N2 + 3 H2 2 NH3 Conditions 1 mol + 3 mol 2 mol stœchiométriques X 0,1 X 0,1 X 0,1 0,1 mol + 0,3 mol 0,2 mol ATTENTION : le chimiste ne doit pas nécessairement travailler avec 1 mol de N2 et 3 mol de H2. Ici s’il dispose de 0,1 mol de N2, il devra simplement veiller à introduire une quantité suffisante d’H2 de manière à respecter les proportions indiquées dans l’équation pondérée. Par exemple, si on choisit d’utiliser 150 moles de diazote. Quelle doit être la quantité de dihydrogène à utiliser? Quelle sera la quantité d’ammoniac formée? L’équation équilibrée: N2 + 3 H2 2 NH3 Conditions 1 mol + 3 mol 2 mol stœchiométriques X 150 Solution : 150 mol + 41  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Méthode de résolution de problèmes stœchiométriques sans excès de réactifs : La méthode utilisée dans ce chapitre pour résoudre des problèmes stœchiométriques est basée sur un bilan de matière de la réaction chimique étudiée. Un bilan de matière consiste à déterminer les quantités de matière avant, pendant et après la réaction. Méthode à suivre : Nous développerons cette méthode en résolvant pas à pas le problème suivant : C O N Lors de la synthèse d’ammoniac, on utilise 20g de dihydrogène. Quelle sera la masse d’ammoniac N obtenue ? A Î  étape 1 : écrire l'équation chimique pondérée de la réaction. N2 + 3 H2 2 NH3 T R  étape 2 : identifier les données et les convertir en nombre de moles. E Utiliser la bonne formule ! E Dans l’énoncé, on a mis en présence 20g de H2 donc : T 𝑚 20 A 𝑛𝐻2 = = = 10 mol 𝑀 2 P P  étape 3 : dresser, sous l'équation chimique, un tableau d’avancement de trois lignes qui permet L de faire le bilan de matière de la réaction. Ce tableau comporte un nombre de colonnes identique I au nombre de corps chimiques intervenant dans la réaction chimique. Q  La première ligne du tableau « état initial » indique toutes les quantités de matière AVANT le U début de la réaction, on y introduit la ou les valeur(s) calculée(s) au point précédent. Les E quantités de matière des produits sont nulles. R  La deuxième, « état intermédiaire » indique le nombre de moles qui réagissent au cours de la réaction, en fonction de l'avancement x : Les quantités de matière des réactifs diminuent d’où le signe « - » ; Les quantités de matière des produits augmentent d’où le signe « + » ; Pour toutes les espèces chimiques, l’avancement x est multiplié par le coefficient stœchiométrique.  La troisième ligne, « état final », indique le nombre de moles final, les réactifs sont totalement consommés, les quantités des réactifs sont nulles. Il ne reste que des produits. L'avancement d'une réaction chimique est une valeur variable, notée x, exprimée en mol, qui permet de déterminer les quantités de matière des réactifs restants et des produits formés. 42 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Tableau d’avancement : Équation chimique: N2 + 3 H2 2 NH3 État initial 3,33 10 0 (avancement : 0) Comme xmax= 3,33, État intermédiaire 3,33 - x 10 - 3 x +2x on remplace x par (avancement : x mol) 3,33 pour trouver le nombre de État final 0 0 6,66 moles final de NH3 xmax = 3,33 mol 10 - 3 x = 0 10 𝑥𝑚𝑎𝑥 =  3.33 mol 3 Pour déterminer l’état final, il faut trouver la valeur xmax correspondant à l’avancement maximal, c’est-à-dire lorsque les réactifs N2 et H2 sont épuisés.  étape 4 : Transformer les nombres de moles en masse, en volume ou en concentration, selon que la question demandée. On demande la masse d’ammoniac obtenue. D’après le tableau d’avancement, les 20g de H2, c’est à dire les 20 moles d’H2, vont permettre de produire 13,34 moles de NH3. Par conséquent : m NH3 = n. M = 6,66. (14 + 3.1) = 6,66. 17 = 113,22 g  étape 5 : exprimer en une phrase les réponses trouvées. La masse d’ammoniac obtenue sera de 113,22 g. En résumé, la méthode développée ci-dessus peut te paraître longue et fastidieuse mais, dans la pratique, la résolution se résume à compléter un seul tableau en tenant compte des données du problème. 43  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Exercices : 1. On mélange de l'oxyde de cuivre (II) avec du carbone en poudre. En chauffant fortement, on constate un dégagement de dioxyde de carbone et on observe, après refroidissement, l'apparition de grains de cuivre. On a mis au départ une masse de 8g d'oxyde de cuivre, déterminez le volume de gaz formé. ………………………………………………………………………………………………………… Tableau d’avancement : Equation chimique : 2 CuO (s) + C(s) CO2 (g) + 2 Cu (s) Etat initial 0 Etat intermédiaire x A Etat final xmax P P ………………………………………………………………………………………………………… L I ………………………………………………………………………………………………………… Q 2. L'aluminium en poudre brûle dans le dioxyde de carbone, il se forme une poudre blanche U d'oxyde d'aluminium et une fumée noire constituée de petits grains de carbone. Quelle masse E de carbone obtient-on en faisant brûler 1 g d'aluminium ? R ………………………………………………………………………………………………………… Tableau d’avancement : Equation chimique : Etat initial 0 En cours x Etat final xmax ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 44  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative 3. L'acide chlorhydrique réagit avec le magnésium pour produire du chlorure de magnésium et du dihydrogène. a) Quel volume d'acide chlorhydrique 0,500 mol.L-1 est nécessaire pour faire réagir complètement 1g de magnésium ? b) Quel sera le volume de dihydrogène produit sachant qu'une mole de n'importe quel gaz occupe un volume de 24,5 L à 25 °C et 1013 hPa (CSTP = conditions standard de température et de pression) ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… A P Tableau d’avancement : P L Equation chimique : I Q Etat initial 0 U E En cours x R Etat final xmax ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 4. Le diiode est préparé en laboratoire en fai sant barboter du dichlore dans une solution d'iodure de sodium. On observe en même temps la formation de chlorure de sodium. Quelle masse d'iodure de sodium doit-on dissoudre pour produire 50g de diiode ? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… Tableau d’avancement : Equation chimique : Etat initial 0 En cours x Etat final xmax 45  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative 5. Le glucose sert de source d'énergie immédiate pour l'organisme humain. La réaction globale qui se déroule dans le corps est la dégradation du glucose par le dioxygène en dioxyde de carbone et en eau. Déterminez le volume de dioxygène nécessaire à la transformation de 28g de glucose ainsi que la masse d'eau produite. ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… A Tableau d’avancement : P P Equation chimique : L I Etat initial 0 Q U En cours x E R Etat final xmax ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… La masse théorique est celle que l’on calcule à partir du tableau d’avancement. Par exemple, si la réaction étudiée à l'exercice précédent ne produisait que 20 kg d'ammoniac au lieu des 28,3 kg prédits, le pourcentage de rendement de l'ammoniac serait :......................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................... 46 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Exercices supplémentaires : 47 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative 48 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative THERMOCHIMIE (Aspect énergétique des transformations) L’énergie est un concept utilisé pour exprimer une propriété physique que l’on ne peut observer, mais dont nous subissons constamment les effets. Elle est à l’origine de toutes les transformations. Qu’il s’agisse de la transformation de l’énergie rayonnante du Soleil en énergie chimique par le processus de la photosynthèse, ou encore de la libération de l’énergie chimique contenue dans le charbon par la réaction de combustion destinée à rendre une tige d’acier plus malléable, l’énergie rend la vie possible. C’est elle qui permet aux êtres humains d’accomplir leurs activités quotidiennes. L’Univers lui-même est une manifestation d’énergie. Mais qu’est-ce que l’énergie ? L’énergie est la capacité à - effectuer un travail Exemple : un ressort tendu possède de l’énergie car, lorsqu’on le relâche, il peut effectuer un travail comme, par exemple, faire monter une masse. - fournir de la chaleur Exemple : un combustible possède de l’énergie car, lorsqu’il brûle, il dégage de la chaleur. CONNAÎTRE L’énergie (E) est la capacité d’accomplir un travail ou de fournir de la chaleur. Toutes les manifestations d’énergie qu’on observe sont des transformations et des transferts d’énergie. Parfois, l’énergie se transforme et semble disparaître, mais des mesures microscopiques permettraient de la retrouver à l’échelle des molécules et des atomes. Tout au long de ce chapitre nous répondrons aux questions suivantes :  Les réactions chimiques produisent-elles toutes de l'énergie ? Si non, comment les classer ?  D'où provient l'énergie mise en jeu au cours d'une réaction chimique?  Comment mesurer l'énergie mise en jeu au cours d'une réaction chimique ?  Quelle est l'origine chimique de l'énergie mise en jeu dans une réaction chimique ? 49 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Dans le système international d’unités (SI), l’unité de mesure de l’énergie est le joule (J). Un joule correspond au travail effectué par une force de un newton (N) pour déplacer un objet sur une distance de un mètre (m) : 1 J = 1 N × 1 m. Tout comme la matière, l’énergie se conserve. La loi de la conservation de l’énergie est le premier principe de la thermodynamique. Ainsi, lors d’un transfert ou d’une transformation, l’énergie n’est ni créée ni détruite. Elle peut seulement être transférée d’un endroit à un autre, ou transformée pour passer d’une forme d’énergie à une autre. La quantité totale d’énergie d’un système isolé demeure donc toujours constante. Par exemple, l’énergie cinétique d’un objet en mouvement peut se transformer en énergie potentielle gravitationnelle et vice versa. La somme de ces deux énergies, l’énergie mécanique, demeure toujours constante. Rappel : Système isolé Système qui ne permet aucun échange de matière et d’énergie avec le milieu environnant. 50 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Outre les énergies cinétique et potentielle, il existe d’autres formes d’énergie, telle l’énergie thermique. L’énergie thermique est l’une des formes d’énergie qui participent le plus souvent aux transformations de la matière. L’énergie thermique est une forme d’énergie que possède un objet en raison du mouvement de ses particules (atomes ou molécules) les unes par rapport aux autres. Elle dépend de la nature de la substance, du nombre de particules qui la composent, ainsi que du degré d’agitation de ces particules. Plus les particules d’un objet sont agitées les unes par rapport aux autres, plus cet objet possède d’énergie thermique. La notion d’énergie thermique est étroitement associée aux concepts de chaleur et de température. Ainsi :  pour une température donnée, plus le nombre de particules présentes dans une substance est élevé, plus son énergie thermique est grande ;  plus la température d’une substance est élevée, plus son énergie thermique est grande. CONNAÎTRE L’énergie thermique est l’énergie cinétique associée au mouvement d’agitation des particules (atomes ou molécules) qui composent un objet ou une substance. Les trois types de mouvement des particules :  Dans les solides, seul le mouvement de vibration est possible (les importantes forces d’attraction qui relient les particules les empêchent de bouger librement).  Dans les liquides, les particules ont plus de liberté de mouvement. En plus de vibrer, elles ont la capacité de tourner sur elles-mêmes. Les particules peuvent ainsi glisser les unes sur les autres et épouser la forme du contenant dans lequel elles se trouvent. Les particules de liquide sont capables d’effectuer un peu de translation, mais ce mouvement est négligeable par rapport aux deux autres.  Dans les gaz, les trois mouvements sont possibles, mais la translation est de loin le plus important. 51  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative CONNAÎTRE La chaleur (Q) est la forme sous laquelle de l’énergie thermique est transférée entre deux systèmes de températures différentes en contact l’un avec l’autre. La chaleur se mesure en joules (J). La température (T) est une mesure de l’agitation des atomes et des particules dans un système. Lorsque deux corps de températures différentes entrent en contact, l’agitation des molécules se transmet d’un corps à l’autre. Cette propagation de l’agitation thermique entre deux systèmes constitue la chaleur, et le processus ne peut se produire que dans une direction : de la substance la plus chaude vers la plus froide. Le refroidissement d'un morceau de fer chauffé à blanc. Lorsque deux substances de températures différentes sont mises en contact, il y a un transfert d’énergie thermique de la substance la plus chaude (ici le métal) vers la substance la plus froide (l’eau). Autres exemples : 52 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Expérience Pour répondre à cette question, nous allons réaliser une expérience mettant en jeu deux réactions de dissolution et nous intéresser aux aspects énergétiques accompagnant ces dissolutions en vue de les classer. Mode opératoire  Verser 100 mL d'eau distillée dans chaque récipient en frigolite (polystyrène, isolant).  Relever la température initiale de l'eau dans chaque récipient.  Verser 2g de NaOH dans un premier récipient, 2g de NaCl dans un deuxième et 5g de KNO3 dans un troisième. Agiter.  Observer l'évolution de la température dans chaque solution jusqu'à dissolution complète. Observations : ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… 53 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative En chimie, la plupart des réactions s’accompagnent d’un dégagement ou d’une absorption de chaleur. Selon le cas, on parlera de réactions exothermiques (avec dégagement de chaleur) ou de réactions endothermiques (avec absorption de chaleur). Les réactions athermiques sont des réactions dans lesquelles aucun échange de chaleur n’est observé. CONNAÎTRE Une réaction endothermique est une réaction chimique qui absorbe de l’énergie thermique (du grec endors, dedans). Une réaction exothermique est une réaction chimique qui libère de l’énergie thermique (du grec exô, au-dehors et thermos, chaud). Une réaction athermique est une réaction qui ne dégage ni absorbe de l’énergie thermique. D'où provient l'énergie mise en jeu au cours d'une réaction chimique? Au cours des expériences de dissolution, le système isolé contient la substance chimique en transformation, la solution et les parois du récipient. Le principe de conservation de l'énergie implique que si une partie du système gagne (ou perd) de l'énergie, l'autre partie en perd (ou gagne) une quantité équivalente. A. Cas des réactions exothermiques Dans le cas de la dissolution du NaOH(s) dans l'eau, nous distinguons les deux parties suivan- tes: Isolant  la solution et les parois du récipient;  le réactif qui se transforme. D'après le principe de conservation de l'énergie, nous pouvons affirmer que, lors de la dissolution du NaOH :  la solution et les parois du récipient reçoivent de l'énergie E.  l'énergie E provient uniquement et en totalité du Le schéma ci-dessus illustre l'échange NaOH qui se transforme. d'énergie lors de la dissolution du NaOH(s) qui se transforme dans le récipient. H2O Dès lors, on écrit : NaOH Na+(aq) + OH-(aq)+ E ou en général : Réactifs Produits + Énergie Réaction exothermique 54  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Au cours d’une réaction chimique1, de l’énergie chimique contenue dans les réactifs peut être convertie en énergie thermique transférée au milieu extérieur. De même, au cours d’une réaction chimique, de l’énergie thermique peut être transférée du milieu extérieur aux réactifs. B. Le concept « enthalpie » Si le réactif (NaOH solide) en se transformant perd de l'énergie, c'est qu'il possédait un contenu énergétique. Ce contenu énergétique est appelé enthalpie du réactif et est symbolisé par HR. Le mot enthalpein signifie en grec « réchauffer dans ». Il est aussi possible de montrer que le NaOH dissous (produit) possède encore un certain contenu énergétique. Ce contenu énergétique est appelé enthalpie du produit et est symbolisé par HP. Puisque c'est le réactif qui perd de l'énergie, son contenu énergétique était supérieur au contenu énergétique du produit : HR  HP Il y a donc variation d'enthapie H au cours de la réaction. Par convention :  H = HP - HR Dans le cas des réactions exothermiques, H est par conséquent négatif. H  0 réaction exothermique Le schéma ci-dessous, appelé diagramme d'enthalpie, visualise la variation d'enthalpie entre l'enthalpie des produits Na+(aq) et OH-(aq) et l'enthalpie du réactif NaOH(s). Dans un diagramme d'enthalpie, la flèche est toujours dirigée dans le sens HR HP correspondant au sens de la réaction qui a toujours lieu dans le sens R P. Réaction exothermique : 1 Cas d’une transformation physique : - Les transformations physiques fusion, vaporisation et sublimation absorbe de l’énergie thermique du milieu extérieur qui se refroidit. - Les transformations physiques inverses, solidification, liquéfaction et condensation, cèdent de l’énergie thermique au milieu extérieur qui se réchauffe. 55  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Isolant C. Cas des réactions endothermiques Appliquons le principe de conservation de l'énergie au cas de la dissolution du KNO3(s) dans l'eau. Dans le système isolé, nous distinguons les deux parties suivantes :  la solution et les parois du récipient qui perdent de l'énergie ;  le réactif chimique qui se transforme. D'après le principe de conservation de l'énergie, nous pouvons affirmer que l'énergie perdue par la solution et les parois du récipient est absorbée uniquement et Le schéma ci-dessus illustre l'échange d'énergie en totalité par le KNO3 qui se transforme (dissocie) lors de la dissolution du KNO3 dans le récipient. alors en K+ et NO3-. H2O Dès lors, on écrit : KNO3 + E K+(aq) + NO3-(aq) ou en général : Réactifs + Énergie Produits Réaction endothermique Donc HP  HR Et puisque H = HP - HR, dans le cas des réactions endothermiques, H est positif. H > 0 réaction endothermique Le schéma ci-dessous visualise la variation d'enthalpie entre l'enthalpie des produits K +(aq), NO3-(aq) et l'enthalpie du réactif KNO3(s). Réaction endothermique : 56 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Résumé : RÉACTION EXOTHERMIQUE RÉACTION ENDOTHERMIQUE Température du milieu Augmente Diminue  Lors de la réaction, il y a dégagement  Lors de la réaction, il y a absorption d’énergie thermique. d’énergie thermique. Ex : dissolution de NaOH(s) dans l’eau. Ex : dissolution de KNO3(s) dans l’eau. Équation thermochimique Réactifs (R) → Produits (P) + Énergie (E) Réactifs (R) + Énergie (E) → Produits (P) ou ou Réactifs → Produits ΔH = - x kJ/mol Réactifs → Produits ΔH = + x kJ/mol Enthalpie (énergie) H R  HP HR  HP  ΔH  0 (Avec ΔH = HP – HR)  ΔH  0 (Avec ΔH = HP – HR) HR : enthalpie des réactifs HR : enthalpie des réactifs HP : enthalpie des produits HP : enthalpie des produits Le réactif libère de l’énergie en se transformant, Le réactif absorbe de l’énergie en se son enthalpie diminue (ΔH  0). transformant, son enthalpie augmente (ΔH  0). Diagramme d’enthalpie (variation d’enthalpie en fonction du temps) 57 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Préciser pour chacune des réactions si elle est endo ou exothermique : Pendant une réaction chimique, les molécules des réactifs se défont et leurs atomes forment de nouvelles molécules de produits. Pour briser les liaisons qui unissent les atomes, il faut fournir de l’énergie, tandis que la formation de nouvelles liaisons libère de l’énergie  Une réaction chimique endothermique a besoin d’absorber de la chaleur pour se produire. Sa variation d’enthalpie (ΔH) est positive, car l’enthalpie des produits est plus grande que celle des réactifs. Les liaisons sont plus fortes dans les réactifs que dans les produits.  Une réaction chimique exothermique dégage de la chaleur lorsqu’elle se produit. Sa variation d’enthalpie (ΔH) est négative parce que l’enthalpie des produits est plus petite que celle des réactifs. Les liaisons sont plus faibles dans les réactifs que dans les produits. L'unité d'enthalpie est le joule (J). Souvent, le kilojoule (1 kJ = 103 J) ainsi que le mégajoule (1 MJ = 106 J) sont employés. Le tableau suivant donne les énergies mises en jeu au cours de quelques phénomènes physiques et de quelques réactions chimiques : 58 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Le tableau montre que les énergies dégagées lors de certaines réactions chimiques, mettant en jeu une mole de réactif, sont considérables. Par comparaison :  un corps dont la masse est de 10 kg tombant d'une hauteur de 10 m effectue un travail de 981 J, soit approximativement 1 kJ;  une voiture d'une tonne, consommant 6 litres d'essence aux 100 km, consomme une énergie d'environ 250 MJ. Remarque : L’effet thermique observé lors de la dissociation dans l’eau d’une substance ionique est le bilan énergétique de l’extraction des ions (processus endothermique) et de l’hydratation des ions (processus exothermique). Dans le cas de la combustion, l’énergie libérée provient de la différence entre l’énergie contenue dans les liaisons chimiques des réactifs et l’énergie contenue dans les liaisons chimiques des produits. Pouvoir calorifique : Tous les combustibles sont caractérisés par leur pouvoir thermique appelé aussi pouvoir calorifique (PC) qui est l’énergie thermique dégagée lors de la réaction de combustion complète du combustible avec l’oxygène. 59 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative CONNAÎTRE Le pouvoir calorifique massique d'un combustible est l'énergie thermique libérée par la combustion d'un kilogramme de ce combustible ; elle s'exprime en J.kg-1. Le PC d’un combustible dépend de l’état, vapeur ou liquide, dans lequel se trouve l’eau produite par la combustion, en fin de transformation. On distingue le pouvoir calorifique inferieur (PCI) qui ne prend pas en compte l'énergie contenue dans la vapeur d'eau produite et le pouvoir calorifique supérieur (PCS) qui la prend en compte. Bon à savoir : 1 kilowattheure (kWh) équivaut à 3,6 mégajoules (MJ).Le kilowattheure représente la quantité de chaleur fournie pendant une heure par un appareil d’une puissance de 1 kilowatt. Quelques applications au quotidien des effets thermiques : Pour le chauffage, l’efficacité d’un combustible se mesure à l’aide de son pouvoir calorifique. Il est définit par l’énergie transférable à l’environnement lors d’une combustion complète par 1 kg de combustible. 60 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative 61  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Exercices Exercice 1. A P P L I Q Exercice 2. U E R Exercice 3. Écrire les équations des phénomènes cités (en plaçant correctement le symbole E et en indiquant le signe de ΔH) : a) Dissolution endothermique du NH4NO3(s) dans l’eau b) Dissolution exothermique du CuSO4(s) dans l’eau c) Combustion du propane (C3H8). d) Évaporation de l’octane (C8H18) liquide. 62 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Exercice 4. Exercice 5. Exercice 6. Certaines indications dans les deux diagrammes d’enthalpie ci-dessous sont fausses. Rectifier les erreurs. 63 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Exercice 7. Observer le diagramme ci-dessous : Exercice 8. Soit la réaction chimique hypothétique suivante : 3 A + B → C + 2 D L’enthalpie des réactifs est de 932 kJ et celle des produits est de 1306 kJ. a) La réaction est-elle endothermique ou exothermique ? Justifiez votre réponse. b) Écrivez de deux façons l’équation thermochimique de cette réaction. 64  Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Pouvoir calorifique Exercice 9. Pour augmenter la température de 1 kilo d’eau de 20 °C à 100 °C, il faut une énergie de 330 kJ. Utiliser la table des pouvoirs thermiques pour calculer la masse d’eau que l’on peut porter de 20°C à 100 °C, en brûlant 1 kg de butane. R : 151 kilos d’eau. Exercice 10. Si le coût de 1 000 L de mazout était de 505 € alors que le prix d'une tonne de charbon, calibre 14/22, était de 385 € à la même date, choisir le combustible dont le rapport « énergie dégagée/coût » est le plus avantageux. Données: - le pouvoir thermique du mazout: 42,6 MJ. kg-1 et sa masse volumique: 0,855 kg/dm3 - le pouvoir thermique du charbon: 26,3 MJ. kg-1 R : Mazout : 72,1 MJ/€ ; Charbon : 68,3 MJ/€. 65 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative Exercice 11. 66 Mme Prince - Jury 2e degré UAA3 – La réaction chimique : approche quantitative ANNEXES : Test d’identification des gaz : O2 ; H2 et CO2 67