Chapitre C 1 : Thermochimie
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1
Que va-t-on étudier ?
- Les effets thermique d'une réaction chimique.
- Le sens d'évolution spontannée d'une réaction.
- Les effets d'une modification des conditions (T, P, composition) sur une réaction chimique.
- Le sens d'évolution spontannée d'une réaction.
- Les effets d'une modification des conditions (T, P, composition) sur une réaction chimique.
2
Que vaut µi ?
- Si réaction chimique, dni est différent de 0 pour toutes les espèces i participant à la réaction.
3
Définir l'état stantard d'une espèce chimique.
Une espèce chimique est dans son état standard si elle est pure, seule dans sa phase et sous pression standard P0 = 1 bar = 105 Pa.
4
Soit une grandeur thermodynamique dépendant de la pression P et éventuellement d'autres variables d'état (T,V,...ni), quelle est la grandeur standard associée ?
La grandeur standard associée correspond à cette grandeur évaluée pour P=P0 fixée.
avec :
- X : grandeur thermodynamique
- ... : autres variables d'état
avec :
- X : grandeur thermodynamique
- ... : autres variables d'état
5
Donnez la grandeur thermodynamique standard H(S,P,ni).
- H(S,P,ni) ==> H0(S,ni) = H(S,P=P0,ni)
6
Si le système est siège d'une seule réaction chimique :
avec :
- αi : coefficient stoechiométrique algébrique de l'espèce i.
- αi > 0 pour les produits.
- αi < 0 pour les réactifs.
- αi = 0 pour les espèces spectatrices.
- Ai : formule brute de l'espèce i.
- αi : coefficient stoechiométrique algébrique de l'espèce i.
- αi > 0 pour les produits.
- αi < 0 pour les réactifs.
- αi = 0 pour les espèces spectatrices.
- Ai : formule brute de l'espèce i.
7
Faire l'exemple du CO2. Donnez les αi et Ai.
Allez poulain !!
8
Que vaudra dni ?
On a :
- dni = αidξ
- dni = αidξ
9
Que vaudra dH ? Donnez leurs grandeurs thermodynamiques associées à H et G.
10
Donnez l'expression générale de potentiel chimique.
avec :
- µi : potentiel chimique du constituant i (J.mol-1).
- µi0 : potentiel chimique standard de l'espèce i.
- ai : activité chimique de l'espèce i (sans dimension).
- µi : potentiel chimique du constituant i (J.mol-1).
- µi0 : potentiel chimique standard de l'espèce i.
- ai : activité chimique de l'espèce i (sans dimension).
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Remarque sur µi0.
µi0 ne dépend que de T car dans l'état standard, l'espèce i est seule dans sa phase donc pas de réaction chimique donc pas de dépendance en ni et dans l'état standard, P=P° donc pas de dépendance en P.
12
Donnez les cas importants :
- GP :
avec Pi : pression partielle du constituant i :
- P : pression de la phase gazeuse.
- ntot,gaz : xi = titre molaire du constituant i dans la phase gazeuse.
- PCI pure :
(indépendant de P)
- Constituant en solution aqueuse très diluée
- C0 : concentration molaire standard C0 = 1mol.L-1.
- [Xi] et Ci : concentration molaire de l'espèce i.
avec Pi : pression partielle du constituant i :
- P : pression de la phase gazeuse.
- ntot,gaz : xi = titre molaire du constituant i dans la phase gazeuse.
- PCI pure :
(indépendant de P)
- Constituant en solution aqueuse très diluée
- C0 : concentration molaire standard C0 = 1mol.L-1.
- [Xi] et Ci : concentration molaire de l'espèce i.
13
Donnez la variation d'enthalpie libre entre deux états d'équilibre tethermodynamique.
- SI réaction chimique, ni,final différent de ni,initial
14
Définir une grandeur de réaction.
Soit X une fonction d'état, dépendant de plusieurs variables d'état dont l'avancement ξ (1 seule réaction en cours).
La grandeur de réaction associée à X est :
- ΔrX : homogène à un "X molaire".
- dim de X
La grandeur de réaction associée à X est :
- ΔrX : homogène à un "X molaire".
- dim de X
15
Donnez les grandeurs de réaction pour H et G.
Allez !
16
Utiliser la grandeur de réaction pour l'entropie.
Allez !
17
Attention à ne pas confondre ΔH et ΔrH !
Voir cours.
18
Donnez le lien entre ΔrG, ΔrH et ΔrS. Utiliser la définition de G !
19
Donnez la grandeur standard de réaction ΔrX°.
20
Quel est l'intérêt de ΔrHo.
ΔrHo ne dépend que de T.
- Valable pour S et G
- Valable pour S et G
21
Donnez des informations sur ΔrHo.
- ΔrHo correspond à la variation d'enthalpie du système si la réaction se fait à P = P° et avance de 1 mol.
- ΔrHo s'expime en J.mol-1.
- ΔrHo s'expime en J.mol-1.
22
Si la réaction est exothermique :
Le système chauffe son environnement (cas des combustions), alors le système cède de la chaleur : Q < 0.
23
Définir réactions exothermique et endothermiques.
- ΔrHo < 0 <=> réaction exothermique.
- ΔrHo > 0 <=> réaction endothermique.
- ΔrHo > 0 <=> réaction endothermique.
24
Lien entre ΔrGo, ΔrHo et ΔrSo.
25
Qu'est-ce que l'enthalpie standard de formation ?
L'enthalpie standard de formation ΔfHo d'une espèce chimique dans un état physique donné est l'enthalpie standard de la réaction de formation de ce constituant à partir des éléments chimiques pris dans leur état standard de référence (avec un coefficient stoechiométrique -1 pour le constituant étudié).
26
Pour un réaction de formation H2(g) + 1/2O2(g) = H20(l), donnez l'enthalpie standard de formation.
Allez !
27
Que vaut ΔfHo pour la transformation O2(g) = O2(g) ?
Cette réaction ayant un ΔrHo = 0 (puisqu'il n'y a pas de transformation chimique), on sait que ΔfHo(O2(g)) = 0
28
S'il y a une transformation physique, que vaut ΔfHo ?
Il est non nul.
29
Que vaut ΔfHo pour un élément pur dans son état standard ?
ΔfHo = 0
30
Relire les valeurs de ΔfHo.
Allez !
31
Savoir redémonter la loi de Hess. Faire un schéma présentant la réaction associé et donnez la relation finale. En déduire son utilité.
Loi de Hess :
- La loi de Hess permet de déterminer le ΔrHo(T) d'une réaction en fonction des ΔfHo(T) des espèces chimiques impliquées dans la réaction.
- La loi de Hess permet de déterminer le ΔrHo(T) d'une réaction en fonction des ΔfHo(T) des espèces chimiques impliquées dans la réaction.
32
Traitez l'exemple de la combustion du méthane. Commentez le résultat.
Allez !
- ΔrHo < 0, c'est une réaction exothermique. En effet, c'est une combustion.
- Résultat précis au dixième de kJ.mol-1 car issu d'une somme de données précises au dixième de kJ.mol-1.
- ΔrHo < 0, c'est une réaction exothermique. En effet, c'est une combustion.
- Résultat précis au dixième de kJ.mol-1 car issu d'une somme de données précises au dixième de kJ.mol-1.
33
Les tables de thermodynamiques donnent ΔfHo à quelle température ?
A 298,15 K et pour un état physico-chimique fixé.
34
Si la réaction se fait à une autre température, que vaut ΔrHo(T1) ? Démontrez le résultat en repartant de la définition de ΔrHo. T2 - T1 est petit devant quoi au final ? Donnez les ordres de grandeur.
- ΔrHo = 100 kJ.mol-1
- ΔrCpo = 10 J.K-1.mol-1
- Au final, T2 - T1 << 104 K.
- ΔrCpo = 10 J.K-1.mol-1
- Au final, T2 - T1 << 104 K.
35
Quelle est l'approximation d'Ellingham ?
On a :
- ΔrHo(T) (T barré)
- ΔrHo(T) (T barré)
36
Définir un changement d'état.
- Un changement d'état physique s'accompagne d'un transfert thermique. Si ce changement est monobare, ce transfert thermique Q est égal à la variation d'enthalpie du système subissant le changement d'état.
- On utilise donc l'enthalpie de changement d'état (ou "chaleur latente") qui est noté L (Lo si le changement se fait à P = Po). Lo(T) correspond au ΔrHo(T) de la réaction modélisant le changement d'état.
- On utilise donc l'enthalpie de changement d'état (ou "chaleur latente") qui est noté L (Lo si le changement se fait à P = Po). Lo(T) correspond au ΔrHo(T) de la réaction modélisant le changement d'état.
37
Donnez l'enthalpie massique de changement d'état.
- M : masse molaire
- Lmo : enthalpie molaire de changement d'état.
- Lmo : enthalpie molaire de changement d'état.
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