CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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Exercices
2 • a. Définir une «réaction d’atomisation ».
b. Écrire l’équation de la réaction d’atomisation d’un alcane
C nH 2n+2, et exprimer littéralement l’enthalpie
standard de réaction correspondante, notée ∆ atH 0 , en
fonction de n et des données. SOS
3 • Écrire l’équation de la combustion d’une mole d’alcane
C nH 2n+2, à l’aide d’un cycle enthalpique utilisant la
réaction d’atomisation et les données. Exprimer numériquement
son enthalpie standard ∆ rH 0 (298 K) en fonction
de n. On représentera clairement les étapes envisagées.
SOS
4 • Lorsqu’on effectue la combustion de x moles d’alcane
dans les conditions précédentes, comment s’exprime par
rapport à ∆ rH 0 (298 K) la quantité d’énergie libérée ?
Exprimer alors l’énergie q(n) libérée par la combustion de
1 kg de C nH 2n+2, en fonction de n, en MJ . kg −1 .
5 • Comparer q(n) pour les trois alcanes présentés plus haut.
6 • La capacité thermique de l’eau liquide étant prise égale
à 4,2 kJ . kg −1 . K −1 entre 20 et 100 °C, calculer, pour chacun
des trois combustibles, la quantité minimale en mole
de dioxyde de carbone produit lorsqu’on chauffe 1,00 L
d’eau de 20 à 100 °C.
7 • Conclure quant aux qualités comparées des combustibles
étudiés.
SOS : 2 • Dénombrer les liaisons présentes dans une
molécule d’alcane C nH 2n+2.
3 • L’état standard de référence du carbone à 298 K est
le graphite.
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Enthalpie de liaison C–Cl
À 25° C, l’enthalpie standard de formation, ∆ fH 0 , du
trichlorométhane CHCl 3 liquide est de −131,83 kJ . mol –1
et la chaleur latente massique de vaporisation de CHCl 3
est de 257 J . g −1 .
1 • Calculer ∆ f H 0 pour CHCl 3 gaz. SOS
2 • Sachant que les enthalpies standard de formation ∆ f H 0
de Cl (g), de H (g) et de C(g) sont respectivement de
121,3 ; 218,0 ; 716,7 kJ . mol -1 et que l’enthalpie de
liaison C−H est de 415 kJ . mol -1 , calculer l’enthalpie de
liaison C−Cl.
3 • En déduire ∆ f H 0 pour CCl 4 gaz.
Données :
Masse molaire (g . mol −1 ):C:12,01 ; H:1,01 ; Cl : 35,45.
SOS : 1) Distinguer grandeurs molaire et massique.
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Énergie de résonance
L’acroléine, dont le nom systématique est le prop-2-ènal,
a pour formule semi-développée : CH 2=CH–CH=O.
À 25 °C, sous 100 kPa, elle est liquide.
1 • Calculer son enthalpie standard de formation à 25 °C
connaissant son enthalpie standard de combustion en eau
liquide et dioxyde de carbone.
2 • Calculer son enthalpie standard de formation à partir
des énergies de liaison. SOS
3 • Mettre en évidence les formes mésomères de la molécule
et interpréter le résultat précédent.
Données : ∆H 0 (kJ . mol −1 ) à 298 K:
∆ fH 0 : H 2O () :−285,83 ; CO 2 (g) : − 393,51 ;
C(g) : +716,68.
∆ rH 0 : combustion de C 3H 4O:− 1 628,53 ;
vaporisation de C 3H 4O:+20,9.
∆ dH 0 enthalpie de dissociation de liaison (kJ . mol −1 ):
H−H:436 ; C−C :345 ; C=C : 615 ; C=O : 743 ;
C−H :415 ; O=O : 498.
SOS : 2) Les énergies de liaison permettent le calcul des
grandeurs de réaction en phase gazeuse.
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Fabrication de l’acétylène
Actuellement, l’acétylène (ou éthyne) C 2H 2 est produit par
pyrolyse du méthane, principal constituant du gaz naturel.
1 • Écrire l’équation de la réaction sachant qu’elle fournit
du dihydrogène comme sous-produit. Calculer ∆ rH 0 à
25 °C, puis à 1500 °C, température qui correspond aux
conditions industrielles.
2 • Le mélange réactionnel est initialement à 25 °C et comprend
du méthane et du dioxygène en défaut. La combustion
du méthane en dioxyde de carbone et vapeur d’eau
fournit l’énergie thermique nécessaire pour atteindre
1500 °C et effectuer la pyrolyse du méthane restant. En
admettant que l’ensemble des opérations se déroule dans
un réacteur adiabatique, sous une pression constante et
égale à 1 bar, calculer la valeur minimale que doit avoir la
fraction molaire en dioxygène dans le mélange initial. SOS
Données :
∆ fH 0 (kJ . mol −1 ) à 298 K:
CH 4 (g) : − 74,60 ; C 2H 2 (g) : + 227,40 ; H 2O (g) : − 241,83 ;
CO 2 (g) : − 393,51.
C p 0 (J . K −1 . mol −1 ):
CH 4 (g) : 72,6 ; H 2 (g) : 30,8 ; C 2H 2 (g) : 64,6 ;
H 2O (g) : 41,2 ; CO 2 (g) : 53,3.