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Réactions chimiques : énergie Option Science CHIMIE

MAC 534 3-6 © Corrigé du maître, théorie exercices

Exercices 3-1

1- Dire si les changements suivants sont d'ordre PHYSIQUE ou CHIMIQUE. Écrire P ou C. - Froisser une feuille de papier. _______ - Le fer qui rouille. _______ - Casser une vitre. _______ - Changement de phase (Ex. fusion du fer, évaporation de l'eau etc.) _______ - La digestion. _______ - La combustion de bois. _______ - Le sciage du bois. _______ - Le pourrissement du bois. _______ - Dissolution de sel dans d'eau. _______ - Séparer le sel de l'eau salée par évaporation. _______ - Rougeoiement des feuilles à l'automne. _______ - Couper une feuille de métal. _______ - Réaction entre le vinaigre et le bicarbonate de soude (petite vache). _______ - Broyer une roche. _______ - Fermentation du jus de raisins. _______ - La combustion de l'essence dans un moteur à explosion. _______ - Filtrer du café. _______

- Liquéfier de l'air. _______ - Faire brûler une tranche de pain. _______ - Décomposer de l'eau. _______ 2- Dire si les équations suivantes représentent un changement chimique ou physique. a) H2O(s) H2O(l) _______ b) CO2(g) C(s) + O2 (g) _______

c) Fe(s) Fe(l) _______ d) NaCl(s) NaCl(aq) ou (Na+(aq) + Cl-(aq) ) (eau salée) _______ e) N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) _______ f) C12H22O11(s) C12H22O11(aq) (eau sucrée) _______

P C P P C P

P C P P C C P C P P C P C P C C P P C C



Exercices 3-2

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1- Le gaz propane (C3H8) que l’on utilise dans les barbecues, brûle selon l’équation suivante : C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)

a) Combien de moles de molécules de C3H8 (g) réagissent complètement avec 20,0 moles de molé-cules de O2 (g) ?

b) À 0°C et 101,3 kPa, combien de litres de CO2(g) et de grammes de H2O(g) seront produit par la

combustion de 88,0 grammes de C3H8(g) ? Dire aussi le nombre de molécules de O2(g) minimum nécessaire à cette combustion.

Exercices 3-3

C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) 1,00 mol 5,00 mol 3,00 mol 4,00 mol ? mol 20,0 mol mol de C3H8 (g) = 1,00 mol x 20,0 mol = 4,00 mol 5,00 mol

mol de C3H8 (g) = 88,0 g / 44,0g/mol = 2,00 mol C3H8 (g) + 5 O2 (g) 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) 1,00 mol 5,00 mol 3,00 mol 4,00 mol 2,00 mol ? L ? L ? g 1° L de CO2 (g) ? 1,00 mol 3,00 x 22,4 L 2,00 mol ? L = 2,00 mol x 3,00 x 22,4 L 1,00 mol =134 L de CO2 (g) 2° g de H2O(g) ? 1,00mol 4,00 x 18,0 g 2,00 mol ? g = 2,00 mol x 4,00 x 18,0 g 1 mol = 144 g de H2O(g) 3° molécules de 1,00 mol 5,00 x 6,02 x 1023 molécules O2 (g) ? 2,00 mol ? molécules = 2,00 mol x 5,00 x 6,02 x 1023 molécules 1,00 mol = 6,02 x 1024 molécules de O2 (g)



2- L’énergie dégagée par la combustion de 0,100 mole de sucrose dans le corps humain peut subvenir au besoin d’énergie nécessaire à un astronaute pendant une heure. Combien de grammes de dioxy-gène devra fournir la capsule spatiale pour répondre à ce besoin?

Sucrose : C12H22O11(s) + O2(g) CO2(g) + H2O(l) Trouver aussi la masse d'eau et le volume (à 25°C et 101,1 kPa) de gaz carbonique formé :

3- L’équation chimique suivante représente la formation du chlorate de potassium : 3 O2(g) + 2 KCL(s) 2 KCLO3(g) Quel volume de dioxygène sera nécessaire lors de la formation de 75,00 g de chlorate de potassium, à TPN ?

C12H22O11(s) + 12 O2(g) 12 CO2(g) + 11 H2O(l) 1,00 mol 12,0 mol 12,0 mol 11,0 mol 1,00 mol 12,0 x 32,1 g 0,1 mol ? g = 0,100 mol x 12,0 x 32,1 g = 38,5 g de O2 (g) 1,00 mol

C12H22O11(s) + 12 O2(g) 12 CO2(g) + 11 H2O(l) 1,00 mol 12,0 mol 12,0 mol 11,0 mol 1,00 mol 11,0 x 18,0 g 1° masse H2O ? 0,100 mol ? g = 0,100 mol x 11,0 x 18,0 g 1,00 mol = 19,8 g de H2O(l) 1,00 mol 12,0 x 24,5 L 2° volume CO2 ? 0,100 mol ? L = 0,100 mol x 12,0 x 24,5 L 1,00 mol = 29,4 L de CO2(g)

3 O2(g) + 2 KCl(s) 2 KCLO3(g) 3,00 mol 2,00 mol 2,00 mol 3,00 x 22, 4 L 2,00 x 123 g ? L 75,00 g Volume de O2(g) = 3,00 x 22,4 L x 75,00 g = 20,5 L 2,00 x 123 g



4- Lors de l’oxydation d’un morceau d'aluminium en présence de dioxygène, on remarque que sa masse diminue graduellement. Si le morceau d'aluminium pesait initialement 13,65 g, quelle sera sa nouvelle masse lorsque 2,45 L de dioxygène aura réagi aux conditions ambiantes :

(25°C et 101,3kPa) ? Al(s) + O2(g) Al2O3(s)

5- D'après la réaction suivante : N2(g) + H2(g) NH3(g)

Quel volume de H2(g) réagira avec 610,0 ml N2(g), à une pression de 150,0 kPa et à une tempéra-ture de 110,0°C ?

6- D'après la réaction suivante : P(s) + Cl2(g) PCl3(s) Combien de grammes de PCl3(s) obtiendra-t-on si on fait réagir 4,00 moles de P(s) avec suffisam-

ment de Cl2(g) pour que la réaction soit complète?

4 Al(s) + 3 O2(g) 2 Al2O3(s) 4,00 mol 3,00 mol 2,00 mol 4 x 26,98 g 3 x 24,5 L ? g 2,45 L g de Al(s) = 4,00 x 26,98 g x 2,45 L = 3,60 g 3,00 x 24,5 L Masse de Al(s) restante = 13,7 g - 3,60 g = 10,1 g

N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) 1,00 mol 3,00 mol 2,00 mol 610,0 ml ? V = 610,0 ml x 3,00 mol = 1830 ml 1,00 mol

2 P(s) + 3 Cl2(g) 2 PCl3(s) 2,00 mol 3,00 mol 2,00 mol 2,00 mol 2 x 137,32 g 4,00 mol x g = 4,00 mol x 2 x 137,32 g 2,00 mol masse de PCl3(s) = 549 g



7- Si on a : Al(s) + S8(s) A12S3(s) Combien faut-il de grammes de Al pour produire 2,00 moles de sulfure d'aluminium? 8- Quelle masse de carbone faut-il brûler pour produire 6460 ml de CO2 à TPN? La réaction est : C(s) + O2(g) CO2(g) 9- Quelle masse de cuivre faut-il pour produire 159 g de CuO selon la réaction : 2 Cu(s) + O2(g) CuO(s)

16 Al(s) + 3 S8(s) 8 A12S3(s) 16,0 mol 3,00 mol 8,00 mol 16 x 27,0 g 8,00 mol ? g 2,00 mol masse de Al(s) = 16 x 27,0 g x 2,00 mol = 108 g 8,00 mol

C(s) + O2(g) CO2(g) 1,00 mol 1,00 mol 1,00 mol 12,0 g 22,4 L ? g 0,646 L Masse de C(s) = 12,0g x 6,46 L = 3,46 g 22,4 L

2 Cu(s) + O2(g) CuO(s) 2,00 mol 1,00 mol 1,00 mol 2,00 x 63,5 g 79,5 g ?g 159 g masse de Cu(s) = 2,00 x 63,5g x 159 g = 254 g 79,5 g



10- Dans une lampe éclair, le magnésium s'oxyde en MgO en jetant une lumière très vive selon la réaction : 2 Mg(s) + O2(g 2 MgO(s)

Quel volume de dioxygène faut-il pour brûler 0,480 g de magnésium (à 25°C et 101,3 kPa) 11- D'après la réaction : P(s) + O2(g) P2O5(s) Conbien faut-il de molécules de O2(g) pour produire 4,00 moles de P2O5(s) ? 12- On désire préparer du dihydrogène au laboratoire, par réaction du zinc sur l’acide chlorhydrique,

HCl, selon l’équation : Zn(s) + 2 HCl(aq) ZnCl2(s) + H2(g) Si on met, dans le ballon à réaction, des masses égales de métal et d’acide (65,4 g), quel corps sera

en excès et de combien ?

2 Mg(s) + O2(g 2 MgO(s) 2,00 mol 1,00 mol 2,00 mol 2 x 24,3 g 24,5 L 0,480 g ? V = 0,480 g x 24,5 L = 0,252 L 2 x 24,3 g

4 P(s) + 5 O2(g) 2 P2O5(s) 4,00 mol 5,00 mol 2,00mol 5 x 6,02 x 1023 molécules 2,00 mol ? molécules 4,00 mol molécules de O2(g) = 5 x 6,02 x 1023 molécules x 4,00 mol 2,00 mol = 6,02 x 1024 molécules

Zn(s) + 2 HCl(aq) ZnCl2(s) + H2(g) 65,4 g 73,0 g (Zn est en excès) ? g 65,4 g masse de Zn pour la réaction = 65,4 g x 65,4 = 58,6 g 73,0g masse de Zn en excès = 65,4 g - 58,5 g = 6,80 g



Exercices 3-4 1- Qu'est-ce qu'un transfert d'énergie ? _________________________________________________ _______________________________________________________________________________

2- Quelles sont les deux catégories de transfert d'énergie ? __________________________________ _______________________________________________________________________________ 3- Donne deux exemples (autres que ceux mentionnés) de transport d'énergie. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4- Donne deux exemples (autres que ceux mentionnés) de transformation d'énergie. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 5- Énonce la loi de la conservation d'énergie. ____________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 6- Dans le système suivant : On étire un élastique entre nos doigts ; on le garde tendu en visant le mur ; on le lâche et il va s'é-

craser sur le mur. Identifie les formes d'énergie quand : a) on étire l'élastique : ____________________________________________________________ b) on garde l'élastique tendu : ______________________________________________________ c) on lâche l'élastique : ____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ d) l'élastique s'écrase sur le mur : ____________________________________________________ _______________________________________________________________________________ e) Que peux-tu dire à propos de l'énergie pendant tous ces phénomènes : ____________________ _______________________________________________________________________________ 7- Énumère deux changements physiques qui se produisent dans la nature et qui dégagent plus

d'énergie qu'ils n'en absorbent. _____________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 8- Énumère deux changements chimiques qui se produisent dans la nature et qui dégagent plus

d'énergie qu'ils n'en absorbent.______________________________________________________ _______________________________________________________________________________

C'est le passage de l'énergie d'une forme à une autre ou d'un endroit à un autre.

Transport d'énergie et transformation d'énergie.

Selon l'élève

Selon l'élève

Il n'y a jamais création d'énergie. L'énergie change seulement de forme et d'endroit. Tout n'est que transfert d'énergie. (Rien ne se perd rien ne se crée).

L'énergie humaine se transforme en énergie potentielle

L'énergie potentielle est emmagasinée

Une très petite quantité d'énergie (amorce) permet de lâcher l'élastique et l'énergie potentielle se transforme graduellement en énergie cinétique.

L'énergie cinétique se transforme en énergie thermique.

L'énergie se transforme et se conserve tout au long du processus.

Ex. de Rép.: Tremblement de terre, inondation, avalanche etc.

Ex. de Rép.: Feu de forêt, éruption volcanique etc.



9- Énumère deux changements physiques créés par l'homme et qui dégagent plus d'énergie qu'ils n'en absorbent. __________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________ 10- Énumère deux changements chimiques créés par l'homme et qui dégagent plus d'énergie qu'ils

n'en absorbent.__________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 11- Quelle est la forme d'énergie la plus souvent produite durant la transformation de la matière ?

______________________________________________________________________________ 12- Parmi les systèmes énumérés ci-dessous, indique quels sont ceux qui produisent un changement

physique ou chimique et s'ils sont spontanés ou non c'est-à-dire s'il faut ou non les amorcer pour qu'ils libèrent de l'énergie.

SYSTÈME P ou C SPONTANÉ -une chandelle ________ _______ -une pile électrique ________ _______ -un moteur à essence ________ _______ -un bâton de dynamite ________ _______ -une cartouche de fusil ________ _______ -le fer qui rouille ________ _______ -une chute d'eau ________ _______ -une flèche tirée par un arc ________ _______ -un feu d'artifice ________ _______ -un orage électrique ________ _______ -un feu de forêt ________ _______ -un tremblement de terre ________ _______ -la digestion ________ _______ -fumer une cigarette ________ _______ -explosion du gaz naturel ________ _______ -destruction de l'ozone ________ _______ -éruption d'un volcan ________ _______ -pollution de l'eau, de l'air et du sol ________ _______ 13- Dans le tableau suivant écris des systèmes (autres que ceux énumérés plus haut) qui satisfont aux

conditions demandées. SYSTÈME P ou C SPONTANÉ -_____________________________ P OUI -_____________________________ P NON -_____________________________ C OUI -_____________________________ C NON 14- Décris brièvement le processus d'une transformation de la matière qui dégage de l'énergie. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

___________________________________________________________________

Ex. de Rép.: Barrage électrique, usine marémotrice etc.

Ex. de Rép.: moteur à essence, dynamite etc

Énergie thermique

C C C C C C P P C P C P C C C C C,P C,P

NON OUI NON NON NON OUI OUI NON NON OUI NON OUI OUI NON NON NON OUI NON

selon l'élève (la pluie) selon l'élève (avalanche) selon l'élève (oxydation du Cu) selon l'élève (une bombe)

L'énergie emmagasinée dans un système est libérée spontanément ou à l'aide d'une petite quantité d'énergie, comme dans le cas de la chute de la balle (p. 5-9)



15- Depuis 1900, la quantité d’énergie utilisée a doublé tous les____________ ans. 16- Quel pourcentage de la population mondiale vit dans les pays développés ? __________________ 17- Quel pourcentage de l'énergie mondiale les pays développés utilisent-ils ? ___________________ 18- Une personne d’un pays en voie de développement tel que l’lnde n’utilise environ que le

__________________ de ce qu’utilise un habitant d’un pays développé. 19- Combien de voitures environ y a-t-il sur les routes du monde entier ?_______________________ 20- Au Canada seulement, on compte __________________ de voitures pour une population de

_________________ d’habitants. Cela représente plus d’une voiture pour _________ personnes. 21- Le bien de consommation qui consomme le plus d'énergie est : _________________________ . 22- Pour chacune des transformations de la matière suivantes donne la forme d'énergie mise en cause. TRANSFORMATION FORME D'ÉNERGIE -évaporation de l'eau dans la rue ____________________ -photo-synthèse ____________________ -séchage du linge sur une corde ____________________ -fendre du bois ____________________ -la fonte de la neige ____________________ -électrolyse de l'eau ____________________ -fusion du fer ____________________ -forger une pièce de métal ____________________ -réacteur nucléaire ____________________ -moulin à vent ____________________ -barrage électrique ____________________ -les marées ____________________ 23- Quelle est la forme d'énergie la plus souvent utilisée pour produire ces transformations ? ______________________________________________________________________________ 24- Lors de la transformation de la matière, peut-il y avoir simultanément consommation et produc-

tion d'énergie ? Si oui donne des exemples. ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 25- En été, pour utiliser la thermopompe comme climatiseur, que faut-il faire ? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

20

20%

60%

seizième

250 000 000

24 000 000 9 000 000

3 l'automobile

thermique lumineuse thermique musculaire thermique électrique thermique

musculaire + thermique nucléaire éolienne

hydro-électricité marémotrice

Énergie thermique

Oui, selon l'élève (Ex. moteur électrique, éolienne, aller à bicyclette etc)

En été, on n'a qu'à inverser le circuit (valve réversible) pour faire sortir la chaleur : le gaz froid circule dans la maison, où il absorbe la chaleur, tandis que le gaz à haute pression libère sa chaleur à l'extérieur.



26- En 1644 que déclara DESCARTES à propos de la quantité de mouvement ? ________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 27- Quelle idée émit DU CHATELET sur ce qui se passe dans tout système ?___________________ _____________________________________________________________________________ 28- Par qui et en quelle année le mot «énergie» fut-il utilisé pour la première fois ? _______________ _____________________________________________________________________________ 29- En 1787, YOUNG appela cette force vive «_________________________» et la force morte

«__________________________________». 30- THOMSON démontra que l'énergie cinétique (Ek) était associée au corps en ______________ et

était égale à ____________________________________________________________________ 31- Comment THOMSON définit-il l'énergie potentielle (Ep) ? _______________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 32- Que peux-tu dire de la conservation d'énergie lors de la chute d'un corps dans le vide ? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 33- Pour chacun des phénomènes suivants, dis s'il existe sous forme d'énergie «potentielle» ou

«cinétique». a) L'eau derrière un barrage :___________ e) Tremblement de terre :____________ b) Auto en marche :___________ f) Électron autour du noyau :____________ c) Chute d'eau :___________ g) Auto arrêtée dans une côte :____________ d) Élastique tendu :___________ h) Objet suspendu :____________ 34- Que se produit-il lorsqu'on chauffe un corps ? _________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 35- L'énergie interne (appelée aussi chimique ou enthalpie) se présente sous quelles formes dans une

molécule ? _____________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 36- La mesure de la température est donc une mesure directe de : _____________________________ ______________________________________________________________________________ 37- Comment définit-on l'enthalpie ? ___________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Lors de la création, Dieu communiqua à l'univers une certaine quantité de mouvement sous forme de tourbillon, et que cette quantité de mouvement durerait éternellement, sans augmenter ni diminuer.

La somme de la force vive et de la force morte conserve une valeur constante.

Par d'ALEMBERT dans la grande encyclopédie en 1785

énergie cinétique énergie potentielle

1/2 mv2 (masse du corps par sa vitesse au carré) mouvement

Comme l'énergie emmagasinée dans un corps transformable en d'autres formes d'énergie, (énergie cinétique par exemple).

L'accroissement de l'énergie cinétique d'un corps qui tombe dans le vide est exactement compensé par une diminution égale de son énergie potentielle. Pendant tout le processus l'énergie mécanique se conserve.

potentielle cinétique cinétique potentielle

cinétique cinétique potentielle potentielle

Celui-ci subit un accroissement de son énergie cinétique interne, qui est exactement compensé par une diminution égale de son énergie potentielle.

L'énergie cinétique (Ek) interne. L'énergie potentielle (Ep) interne.

L'énergie cinétique interne d'une substance.

Comme l'énergie interne emmagasinée, sous pression constante, dans une molécule lors de sa formation.



38- Nomme les 4 sortes d'énergie potentielle dans une molécule à l'état solide : 1°_________________________________________________________________________ 2°_________________________________________________________________________ 3°_________________________________________________________________________ 4°_________________________________________________________________________ 39- Nomme les 3 sortes d'énergie cinétique dans une molécule à l'état gazeux : 1°_________________________________________________________________________ 2°_________________________________________________________________________ 3°_________________________________________________________________________ 40- Quelle différence y a-t-il entre un lien «intermoléculaire» et un lien «intramoléculaire» ? ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ 41- Quels liens sont brisés par un phénomène ionique et par un phénomène nucléaire ? ___________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ 42- Dans les phénomènes suivants, indique 1) H2O(s) à -273°C (0 absolu) 2) H2O(s) à -10°C 3) H2O(s) H2O(l) à 0°C 4) H2O(l) H2O(g) à 100°C 5) 2 H2O(g) O2(g) + 2 H2(g) à 2000°C 6) H2(g) 2 H+ (g) + 2 e- à 10 000°C 7) à 10 000 000°C a) Dans quel cas les liens «intermoléculaires» de l'eau sont-il brisés ? _________ b) Dans quel cas les liens «intramoléculaires» de l'eau sont-il brisés ? _________ c) Dans quel cas les liens «noyau-électrons» sont-il brisés ? _________ d) Dans quel cas les liens «particules du noyau» sont-il brisés ? _________ e) Dans quel cas l'énergie cinétique de vibration est-elle nulle ? _________ f) Dans quel cas l'énergie cinétique de rotation et de translation commen- ce-t-elle, si bien que les molécules glissent les unes sur les autres ? _________ g) Dans quel cas l'énergie cinétique existe-t-elle seulement sous forme de vibration faible ? _________ h) Dans quel cas la matière existe-t-elle sous forme de plasma ? _________ i) Dans quel cas l'énergie potentielle de la molécule est-elle maximale et l'énergie cinétique est-elle nulle ? _________ j) Dans quel cas l'énergie potentielle des particules est-elle presque nulle et l'énergie cinétique maximale ? _________

Lien physique (lien intermoléculaire) Lien chimique (lien intramoléculaire) Lien ionique (entre le noyau et les électrons) Lien nucléaire (entre les particules du noyau de l'atome)

Translation (mouvement en ligne droite) Rotation (tourne autour de son centre de masse, sur elle-même) Vibration (les atomes vibrent dans la molécule)

Un lien intermoléculaire est brisé par un phénomène physique, tandis qu'un lien intramoléculaire est brisé par un phénomène chimique.

Un phénomène ionique brise le lien entre le noyau et l'électron, tandis qu'un phénomène nucléaire brise le lien entre les particules du noyau.

4 5 6 7 1 3 2 6 1 7



Exercices 3-5 1- Pour savoir si une réaction est exothermique ou endothermique on fait réagir les réactifs, à la tem-

pérature de la pièce. On mesure ensuite la température des produits formés. Si ces derniers sont plus chauds que les réactifs, la réaction est _________________; dans le cas contraire elle est ________________ . 2- La quantité de chaleur (Q) libérée ou absorbée lors d'une transformation de la matière est toujours

exprimée en ___________ (J) ou _________________ (kJ) par mole ou kg de substance transfor-mée.

3- Anticipe, dans le cas d'une réaction exothermique, d'où vient l'énergie dégagée et où va l'énergie absorbée dans une réaction endothermique.____________________________________________

_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4- Comme dans une réaction chimique il doit y avoir conservation de la masse et de l'énergie, on peut

alors écrire dans le cas d'une réaction : a) EXOTHERMIQUE Réactifs Produits + Q E = E + Q L'énergie emmagasinée dans les réactifs est donc plus __________ que celle emmagasinée dans

les produits. b) ENDOTHERMIQUE Réactifs + Q Produits E + Q = E L'énergie emmagasinée dans les réactifs est donc plus __________ que celle emmagasinée dans

les produits. 5- Dis si les transformations de matière suivantes sont endothermiques ou exothermiques. a) Na(l) Na(s) + Q _______________________________ b) Fe(s) + S(s) + Q FeS(s) _______________________________ c) NaOH(s) + Q NaOH(aq) _______________________________ d) SO2(g) S(s) + O2(g) + Q _______________________________ e) 2 H2O(l) + Q 2H2(g) + O2(g) _______________________________ 6- Dans quels cas (voir numéro précédent) l'énergie des réactifs est-elle plus grande que celle des

produits ? ____________________

exothermique endothermique

joules kilojoules

Dans le cas d'une réaction exothermique , comme l'énergie est dégagée on peut supposer que celle-ci était emmagasinée dans les réactifs ; dans le cas d'une réaction endothermique, comme l'énergie est absorbée, on peut supposer que celle-ci s'emmagasine dans les produits

grande

petite

exothermique

exothermique

endothermique

endothermique

endothermique

a) et d)



7- Donne la définition de la thermochimie. ____________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 8- Si une réaction chimique se fait à volume constant (dans une bombe calorimétrique), la chaleur de

réaction (Q) mesurée dans le calorimètre est exactement égale à la variation ______________ (Δ___) du système réactionnel.

9- Si une réaction chimique se fait à pression constante (dans un calorimètre ouvert), la chaleur de

réaction (Q) mesurée dans le calorimètre est directement égale à la variation _______________ (Δ___) du système réactionnel.

10- On définit la variation d'enthalpie (ΔH) comme :______________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 11- Dans une réaction endothermique la chaleur figure du côté des _____________et dans une réac-

tion exothermique la chaleur figure du côté des___________ . 12- On définit l'enthalpie (H) comme : _______________________________________________ _____________________________________________________________________________ 13- Puisqu'en laboratoire la majorité des chaleurs de réactions sont déterminées à pression constante

dans un calorimètre ouvert, celles-ci vont-elles être exprimées en fonction de la variation d'en-thalpie (ΔH) ou en fonction de la variation d'énergie (ΔE) ?

______________________________________________________________________________ 14- On définit la chaleur d'une réaction (ΔH) comme : ___________________________________ ______________________________________________________________________________ 15- Si la température de l'eau d'un calorimètre s'élève, la réaction chimique s'effectuant dans le calo-

rimètre est-elle endothermique ou exothermique ?_________________ . La chaleur de réaction (ΔH) a-t-elle une valeur positive ou négative ? __________ . Par contre, dans le cas contraire, la réaction est ________________ et le ΔH a une valeur ___________ .

16- Écris les équations suivantes, à la façon anglo-saxonne, en utilisant ΔH comme symbole de la

chaleur de réaction. a) CO2(g) + 394 kJ C(s) + O 2(g) ____________________________________________________________________________ b) NO(g) 1/2 N2(g) + 1/2 O2(g) + 90,4 kJ

____________________________________________________________________________

C'est la partie de la chimie qui mesure les quantités de chaleur mises en jeu dans les transformations chimiques et physiques de la matière.

d'énergie

d'enthalpie

E

H

La variation d'énergie thermique ou la chaleur de réaction d'une transformation effectuée sous pression constante.

réactifs produits

L'énergie interne emmagasinée, sous pression constante, dans une molécule lors de sa formation.

Variation d'enthalpie ( H)

La variation d'enthalpie ( H) d'un système réactionnel à pression constante.

exothermique négative

endothermique positive

CO2(g) C(s) + O 2(g) ΔH = +394 kJ

NO(g) 1/2 N2(g) + 1/2 O2(g) ΔH = -90,4 kJ



17- Donne la formule permettant de calculer la quantité de chaleur dégagée ou absorbée dans un calorimètre ? _________________________________________________________________

18- Qu'entend-t-on par chaleur massique (c) de l'eau et à combien équivaut-elle ? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 19- Quelle formule permet de trouver la chaleur molaire de combustion (ΔH) d'une substance ? 20- On introduit dans une bombe calorimétrique 1 mole de carbone avec suffisamment d'oxygène

pour que la combustion du carbone soit complète. Le volume d'eau du calorimètre est de 10,0 L. Sachant que la température de l'eau au départ, est de 25,00°C et, qu'après la réaction, la tempéra-ture maximale atteinte par l'eau est de 29,70°C, calcule la quantité d'énergie transférée (chaleur dégagée) par cette réaction.

21- On place dans une bombe calorimétrique 2,40 g de carbone (C) avec

suffisamment d'oxygène pour que la combustion soit complète. C(s) + O2(g) CO2(g) On obtient les données calorimétriques suivantes : Volume d'eau dans le calorimètre = 2,0 L Température de l'eau au départ = 18,1 °C Température de l'eau à la fin = 27,5 °C Calcule la chaleur molaire de réaction de la combustion du carbone.

C'est la quantité de chaleur requise pour élever d'un degré Celcius la température d'un gramme d'eau. c = 4,19 J/g°C

Δt = 29,70- 25,00 = 4,70 °C 10 L= 10 000 mL= 10 000 g ou 1,00 x 10 4 g ΔE = m (g) x 4,19 J/g°C x Δt(°C) = 1,00 x 10 4 g x 4,19 J/g°C x 4,70 °C =197 000 J = 197 kJ

2,0 L d'eau

2,40 g de C



Écris à la façon anglo-saxonne, l'équation balancée de la combustion complète de 1 mole de carbone : _______________________________________________________________________________

Sachant que: ΔH = ΔE + ΔnRT, R = 0,00831 kJ/K• mole et T = 298 K (température de la pièce).

Démontre dans ce cas-ci que ΔH =ΔE. 22- On place dans une bombe calorimétrique 6,35g de cuivre (Cu) avec

suffisamment d'oxygène pour que la combustion soit complète. Cu(s) + 1/2 O2(g) CuO(s) On obtient les données calorimétriques suivantes : Volume d'eau dans le calorimètre = 1 L Température de l'eau au départ = 25,00°C Température de l'eau à la fin = 28,75°C Calcule la chaleur molaire de réaction de la combustion du Cu. Écris, à la façon anglo-saxonne, l'équation balancée de la combustion complète de 1 mole de

cuivre : ________________________________________________________________________ Sachant que: ΔH = ΔE + ΔnRT, R = 0,00831 kJ/K• mole et T = 298 K (température de la pièce). Démontre dans ce cas-ci que ΔH =ΔE.

C(s) + O2(g) CO2(g) ΔE = -394 kJ

1 L d'eau

6,35 g de Cu

Cu(s) + 1/2 O 2(g) CuO(s) ΔE = -157 kJ

-



23- Sachant que la chaleur molaire de combustion du phosphore (P4) est de 1310 kJ, quelle quantité d'eau doit-on utiliser dans un calorimètre si on veut que la température de l'eau s'élève de 20,0°C à 22,6°C, lorsque l'on fait brûler 6,2 g de phosphore ?

24- On sait que dans une usine thermoélectrique on fait brûler du charbon pour produire de la vapeur,

laquelle actionne un alternateur pour produire de l'électricité. À partir des deux équations suivantes, calcule la masse de carbone brûlé pour évaporer 100,0 L d'eau.

C(s) + O2(g) CO2(g) ΔH = - 394 kJ H2O(l) H2O(g) ΔH = + 42 kJ 25- Dans une centrale nucléaire, on fissionne de l'uranium pour produire de la vapeur, laquelle, par

l'intermédiaire d'une turbine, actionne un alternateur pour produire de l'électricité. À partir des deux équations suivantes, calcule la masse d'uranium à fissionner pour évaporer 100,0 L d'eau ?

ΔH = -1,8 x 109 kJ H2O(l) H2O(g) ΔH = + 42 kJ



DÉMONSTRATION 1 (Phénomènes endothermiques ou exothermiques)

BUT : Observer des changements chimiques qui impliquent de l'énergie. Tout au long de la démonstration, note tes observations dans le tableau qui suit :

Ballon gonflé à l'hydrogène, ficelle, perche de 2 mètres avec allumette. Bécher de 250 mL, 100 mL H2O, 16 g de NH4SCN et 32 g de Ba(OH)2•8 H2O, agitateur et thermomètre. Pile électrochimique Zn-Cu2+ , Solutions: Zn(NO3)2 (1C), Cu(NO3)2 (1C), Électrodes: Zn et Cu, Bécher (250 mL), vase poreux, 2 fils conducteur et un moteur miniature. Ruban de Mg (15 cm) Brûleur. Pince à creuset. Rétroprojecteur, vase de pétri, 3,2 g de KI + 25 mL H2O, phénolphthaléine, 2 électrodes de C, pile 6 V et 2 fils conducteurs. Réaction thermite. 5,4 g de Al(s) en poudre, bien mé-langé avec 16 g de Fe2O3 (s) rouge, en poudre très fine. Verser le mélange sur une plaque de fonte en lui donnant une forme conique. Insérer un ruban de Mg au sommet du cône (mèche d'allumage). Placer le tout sous une hotte et allumer avec un brûleur.

PHÉNOMÈNES RÉACTIONS ÉQUATIONS + OBSERVATIONS ENDO EXO (Dire si la réaction est spontanée ou non)

2H2 (g) + O2 (g) 2H2O (g) + Q Explosion, ballon éclate. Dégagement de chaleur. Non spontanée

tinitiale = 24°C tfinale = 10°C 2NH4SCN(s) + Ba(OH)2 (s) 8 H2O(l) + Q Ba(SCN)2 (aq) +2NH4OH(aq) Dissolution + réaction chimique qui absorbe

de la chaleur. Spontanée

Zn(s) + Cu2+(aq) Zn2+(aq) + Cu(s) + E Le moteur fonctionne lorsqu'on le branche

aux électrodes. Dégagement d'énergie sous forme électri-

que. Spontanée.

2Mg(s) + O2 (g) 2MgO(s) + Q Mg brûle en dégageant de la chaleur et de la

lumière. Non spontanée.

2KI(s) + 2H2O(l)+ E 2KOH(aq) + I2(s) + H2(g) Réaction qui absorbe de l'énergie. Dégagement d'un gaz et formation d'une base (coloration rouge). Non spontanée

2Al(s) + Fe2O3 (s) Al2O3 (s) + 2Fe(s) + Q

Réaction violente qui dégage beaucoup d'énergie sous forme de chaleur et de

lumière. Non spontanée



EXPÉRIMENTATION 9 DISSOLUTIONS ENDOTHERMIQUES OU EXOTHERMIQUES

BUT: Déterminer si la dissolution de certaines substances dans l'eau produit un phénomène endothermique ou exothermique.

HYPOTHÈSE : _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -lunettes de sécurité, -substances utilisées : -balance + pèse-matière (5), -chlorure d'ammonium (NH4Cl), -1 éprouvette 18 x 150 mm + bouchon, -hydroxyde de sodium (NaOH), -cylindre gradué 10 mL , eau distillée, -chlorure de sodium (NaCl) et -thermomètre et spatule. -2 produits commerciaux (drano et engrais). PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE -Mesurer 10 mL d'eau distillée et verser dans l'éprouvette ; -Mesurer la température de l'eau ; -Peser 1 g de substance dans un pèse-matière ; -Verser la substance dans l'eau, boucher et agiter pour dissoudre complètement ; -Prendre la température finale, (la plus élevée obtenue) ; -Rincer l'éprouvette avec de l'eau distillée ; -Répéter pour chaque substance ; (Ne toucher aucun produit chimique avec vos doigts) TABLEAU DE RÉSULTATS SUBSTANCES tinitiale°C tfinale°C ENDO EXO RIEN NH4Cl NaOH NaCl Drano Engrais CONCLUSION _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

23 19 4 23 60 4 23 23 4 23 60 4 23 20 4

La dissolution du NH4CL est endothermique La dissolution du NaOH est exothermique La dissolution du NaCL est impossible à déterminer La dissolution du Drano est exothermique La dissolution de l'engrais est endothermique

La dissolution du NH4CL est selon l'élève La dissolution du NaOH est selon l'élève La dissolution du NaCL est selon l'élève La dissolution du Drano est selon l'élève La dissolution de l'engrais est selon l'élève



EXPÉRIMENTATION 10 TRANSFERT D'ÉNERGIE D'UNE SUBSTANCE À UNE AUTRE

BUT : Observer le transfert d'énergie lorsqu'on mélange : 1° 50 mL d'eau froide avec 50 mL d'eau chaude 2° 75 mL d'eau froide avec 25 mL d'eau chaude. HYPOTHÈSE : Propose une description de ce qui se passe au cours de ces transferts d'énergie. _____________________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -2 verres en polystyrène + couvercles. -1 thermomètre. -1 cylindre gradué 100 mL. -eau chaude et eau froide. PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE -mesurer 50 mL d'eau froide et verser dans un verre de polystyrène. Noter la température. -mesurer 50 mL d'eau chaude et verser dans un verre de polystyrène. Noter la température. -verser le verre d'eau chaude dans le verre d'eau froide. Noter la température. -répéter les mêmes manipulation avec 75 mL d'eau froide et 25 mL d'eau chaude. RÉSULTATS température initiale Température finale Dt = tsup. - tinf. 50 mL d'eau froide _________________ _______________ _________ 50 mL d'eau chaude _________________ _______________ _________ 75 mL d'eau froide _________________ _______________ _________ 25 mL d'eau chaude _________________ _______________ _________ CONCLUSION _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ APPLICATIONS 1- Énumère trois facteurs qui influencent un transfert de chaleur : ________________________________________________________________________________ 2- On mélange 40,0 mL d'eau froide avec 60,0 mL d'eau chaude. La température du mélange à la fin

est de 22,0°C. Si la température de l'eau froide était de 10,0°C, quelle était la température de l'eau chaude ?

10°C 28°C 18°C 46°C 28°C 18°C 12°C 22°C 10°C 52°C 22°C 30°C

Comme le transfert d'énergie entre l'eau froide et l'eau chaude doit être égal, c'est-à-dire que la chaleur gagnée par l'eau froide doit être égale à la chaleur perdue par l'eau chaude, on peut alors établir la relation : Masse d'eau froide • ceau• Δt = Masse d'eau chaude • ceau•Δt 75 g x 10°C = 25 g x 30°C 750 g°C = 750 g°C

La nature de la substance , la masse de la substance et la variation de température.

masse eau froide • ceau • Δt = masse eau chaude • ceau • Δt 40,0 g x 12,0°C = 60,0 g x Δt Δt = 8,0 °C température de l'eau chaude = 22,0 °C + 8,0 °C = 30,0 °C

Selon l'élève



EXPÉRIMENTATION 11 TRANSFERT D'ÉNERGIE À L'EAU PAR LA DISSOLUTION DU KOH BUT : Déterminer la chaleur lors de la dissolution de 5,61 g de KOH dans 100 mL d'eau. Manipuler le KOH avec précaution. Le peser rapidement, car il absorbe rapidement l'humidi-

té de l'air. Surtout ne pas y toucher avec vos doigts. HYPOTHÈSE : Cette réaction est-elle endo ou exothermique ?_______________________________ La température de l'eau augmente ou diminue ?_____________________________ Le Δt est-il (+) ou (-) ? ________ Cette réaction refroidit-elle l'eau (absorbe la chaleur de l'eau) ou la réchauffe-t-elle (donne de la

chaleur à l'eau) ? __________________ LISTE DU MATÉRIEL -Lunettes de sécurité, -KOH, -Balance + pèse-matière, -Verre de polystyrène + couvercle perforé, -Cylindre gradué 100 mL, eau distillée, thermomètre et spatule. PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE -Mesurer 100 mL d'eau distillée et verser dans le verre de polystyrène -Mesurer la température de l'eau -Peser 5,61 g de KOH dans un pèse-matière -Verser le KOH dans l'eau, agiter avec le thermomètre pour dissoudre complètement -Prendre la température finale (plus élevée obtenue) -Rincer le verre de polystyrène avec de l'eau distillée. RÉSULTATS ET CALCULS Masse de l'eau = _________ tinitiale = _________°C tfinale = _________ °C Δt = _______ °C À l'aide des résultats obtenus, calculer en Joules le ΔE. CONCLUSION _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

Selon l'élève Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève

100,0 g

20,0

33,0 13,0

ΔE = m (g) x 4,19 J/g°C x Δt(°C) ΔE = 100,0 g x 4,19 J/g°C x 13,0 °C = 5,45 x 10 3 J

La quantité d'énergie transférée par la dissolution de 5,61g de KOH dans 100 mL d'eau est de 5,45 x 103 Joules. Comme le Δt est (+), l'eau se réchauffe. La dissolution du KOH est donc exothermique, c'est-à-dire qu'elle dégage de la chaleur.



Exercices 3-6 1- Nomme les deux sortes d'équations ioniques : ___________________________________________ 2- Donne une définition de la dissociation ionique ou électrolytique. _________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ 3- Quel test nous permet de reconnaître si une solution est un électrolyte, c'est-à-dire qu'elle contient

des ions + et - ? __________________________________________________________________ 4- Dans une solution électrolytique les ions (+) sont appelés_______________ et les ions (-) sont

appelés __________________ . 5- Donne une définition de la précipitation ionique. ______________________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ 6- Dans une équation ionique il doit toujours avoir conservation des _____________________ et des _________________ . 7- À partir du tableau 1, équilibre les équations de dissociations suivantes : a) KNO3(s) __________ + __________ b) Na2SO4(s) __________ + __________ c) CaCrO4(s) __________ + __________ d) Na3PO4(s) __________ + __________ e) Al2 (SO4)3(s) __________ + __________ f) SnCl4(s) __________ + __________ 8- À partir du tableau 1, équilibre les équations de précipitations suivantes : a) ____ Ag+(aq) + ____ Cl-(aq ) ___________ b) ____ Pb2+(aq) + ____ Br-(aq ) ___________ c) ____ Ba2+(aq) + ____ SO42-(aq ) ___________ d) ____ Fe3+(aq) + ____ S2-(aq ) ___________ e) ____ Al3+(aq) + ____ PO43-(aq ) ___________ f) ____ Sn4+(aq) + ____ CO32-(aq ) ___________ 9- Dis si les combinaisons d'ions suivantes, en solution aqueuse, forment un précipité (tableau 2). a) Pb2+(aq) + Br-(aq ) _________ e) Cu+(aq) + Cl-(aq ) _________ b) Be2+(aq) + NO3-(aq ) _________ f) NH4+(aq) + OH-(aq ) _________ c) Na+(aq) + S2-(aq ) _________ g) Sr2+(aq) + CO3-2(aq ) _________ d) Al3+(aq) + OH-(aq ) _________ h) Hg+(aq) + I-(aq ) _________

On entend par dissociation ionique ou électrolytique la formation d'ions positifs et négatifs en solution aqueuse lors de la dissolution d'un solide ionique soluble.

Test du passage d'un courant électrique dans la solution.

cations anions

Dissociation et précipitation

Formation d'un précipité (composé solide) à la suite d'un mélange de deux solutions ioniques aqueuses, contenant des cations et des anions.

atomes charges

K+(aq) NO3-(aq) 2Na+(aq) SO4

2-(aq)

CrO42-(aq) Ca2+(aq) PO43-(aq) 3Na+(aq) 3 SO42-2 Al3+(aq) 4 Cl-(aq) Sn

4+(aq)

AgCl (s) 1 1 2 1 3 1 2

1 1 2 1 1

PbBr2 (s) BaSO4 (s) Fe2S3 (s) Al PO4 (s)

Sn (CO3)2 (s)

oui non non oui

oui non oui oui



10- Lors du mélange d'une solution de H2CO3(aq) et d'une solution de KOH(aq) , écris l'équation chimi-que, l'équation ionique et identifie les ions spectateurs et réagissants. (Voir tableau 1 et 2).

11- Lors du mélange d'une solution de Al2(SO4)3(aq) et d'une solution de Ba(NO3)2(aq) , écris l'équation

chimique, l'équation ionique et identifie les ions spectateurs et réagissants. (Voir tableau 1 et 2). 12- Lors du mélange d'une solution de H3PO4(aq) et d'une solution de Cu(OH)2(aq) , écris l'équation

chimique, l'équation ionique et identifie les ions spectateurs et réagissants. (Voir tableau 1 et 2).

Éq.Chi. : H2CO3(aq) + 2 KOH(aq) K2CO3(aq) + 2 H2O(l) Éq.Ion. : 2 H+(aq) + CO32-(aq) + 2 K+(aq) + 2 OH-(aq) 2 K+(aq) + CO32-(aq) + 2 H2O(l) Ions spectateurs : CO32-(aq) + K+(aq) K+(aq) + CO32-(aq) Ions réagissants : H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) Équation nette de neutralisation = H+(aq) + OH-(aq) H2O(l)

Éq.Chi. : Al2(SO4)3(aq) + 3 Ba(NO3)2(aq) 3 BaSO4(s) + 2Al(NO3)3(aq) Éq.Ion. : 2 Al3+(aq) + 3 SO42-(aq) + 3 Ba2+(aq) + 6 NO3-(aq) 3 BaSO4(s) + 2 Al3+(aq) + 6 NO3-(aq) Ions spectateurs : Al3+(aq) + NO3-(aq) Al3+(aq) + NO3-(aq) Ions réagissants : Ba2+(aq) + SO42-(aq) BaSO4(s) Équation nette de précipitation = Ba2+(aq) + SO42-(aq) BaSO4(s)

Éq.Chi. : 2 H3PO4(aq) + 3 Cu(OH)2(aq) Cu3(PO4)2(aq) + 6 H2O(l) Éq.Ion. : 6 H+(aq) + 2 PO43-(aq) + 3 Cu2+(aq) + 6 OH-(aq) Cu3(PO4)2(aq) + 6 H2O(l) Ions réagissants : 3 Cu2+(aq) + 2 PO43-(aq) Cu3(PO4)2(aq) Ions réagissants : H+(aq) + OH-(aq) H2O(l) Équation nette de précipitation = 3 Cu2+(aq) + 2 PO43-(aq) Cu3(PO4)2(aq)

Équation nette de neutralisation = H+(aq) + OH-(aq) H2O(l)

Dans ce cas-ci, il n'y a pas d'ions spectateurs.



13 - Donne la définition et l'unité de la : a) Chaleur de dissolution, Q : _____________________________________________________ ____________________________________________________________________________ b) Chaleur massique de dissolution, Δh : _____________________________________________ ___________________________________________________________________________ c) Chaleur molaire de dissolution, ΔH : ______________________________________________ ___________________________________________________________________________ 14- La dissolution de 10,0 g de KOH(s) dans 200,0 mL d'eau a provoqué une élévation de la tempéra-

ture de l'eau de 20°C à 31,6 °C. Calcule : a) La chaleur de dissolution du KOH. b) La chaleur massique de dissolution du KOH. c) La chaleur molaire de dissolution du KOH.

d) Écris l'équation de dissociation (ou de dissolution) du KOH et ajoute, du bon côté de l'équa-

tion, la chaleur molaire que tu viens de calculer en c).

___________________________________________________________________________ 15- Lorsqu'on veut calculer la chaleur molaire de dissolution d'une substance, il faut mesurer cer-

taines propriétés du soluté, du solvant et de la solution afin de pouvoir déterminer les moyens qui nous permettent de recueillir les données nécessaires à nos calculs.

a) Énumère les propriétés du soluté que tu dois mesurer. ________________________________ b) Énumère les propriétés du solvant que tu dois mesurer. ______________________________ c) Énumère les propriétés de la solution que tu dois mesurer. ____________________________

NOTE:En général les faibles concentrations de solutions utilisées en laboratoire nous amènent à

considérer que la masse de la solution est sensiblement la même que la masse de l'eau, le solvant le plus utilisé.

Dans nos expériences on va donc considérer que la masse de 1,00 mL d'une solution aqueuse est sensiblement égale à 1,00 mL d'eau, soit 1,00 g.

Chaleur dégagée en kJ, lors de la dissolution d'une certaine masse d'un solide ionique, dans une certaine masse d'eau. Q = mH2O x 4,19 J/g°C x Δt chaleur produite par unité de masse en kJ/kg, lors de

la dissolution d'un solide ionique dans l'eau, à pression constante.

chaleur produite en kJ/mol, par la dissolution d'une mole d'un solide ionique, dans l'eau à pression constante

Chaleur massique (Δh) du KOH =

Masse molaire = 56,1 g/mole Mole de KOH = Chaleur molaire (ΔH ) du KOH = = 54,6 kJ/mol

KOH(s) K+(aq) + OH-(aq) + 54,6 kJ

Masse

Masse et température

Masse et température



EXPÉRIME(TATIO( 12 CHALEUR MOLAIRE DE DISSOLUTIO( BUT: Déterminer la quantité d'énergie thermique mise en jeu lors de la dissolution d'une quantité de

substance.

Manipuler le NaOH avec précaution. Le peser rapidement, car il absorbe très vite l'humidité de

l'air. Surtout ne pas y toucher avec vos doigts.

HYPOTHÈSE : Prédire si le LiCl, le NaNO3 et le NaOH vont donner des dissolutions endo ou exothermiques.

___________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________

LISTE DU MATÉRIEL -Verre de polystyrène + couvercle

-Balance (0,01 g).

-Pèse-matière (3).

-Thermomètre.

-Agitateur.

-Cylindre gradué (100 mL).

-Lunettes de sécurité.

-LiCl(s) , NaOH(s) et du NaNO3(s) .

PROTOCOLE DE L'EXPÉRIE(CE - Quantités de sel utilisées: 4,24 g de LiCl, 4,00 g de NaOH ou 8,50 g de NaNO3.

- Peser la quantité du sel que ton prof. t'a attribuée.

- Mesurer 50,0 mL d'eau et le verser dans le verre de polystyrène.

- Noter la température au 0,5°C près.

- Verser le sel dans l'eau et noter la plus haute température atteinte, au 0,5°C près.

- Verser la solution dans le bécher-résidu et rincer le verre.

RÉSULTATS ET CALCULS -5 équipes font le LiCl, 5 équipes font le NaOH et 6 équipes font le NaNO3.

-Inscrire dans le tableau qui suit la moyenne des températures obtenues par l'ensemble des

équipes

SUBSTA(CES VOLUME D'EAU t initiale t finale ∆t

LiCl 50,0 mL

NaOH 50,0 mL

NaNO3 50,0 mL

20,0°C 37,0°C 17,0°C 20,0°C 40,0°C 20,0°C 20,0°C 10,0°C -10,0°C

Selon l'élève



-Pour le LiCl : a) Calculer la chaleur de dissolution (Q) en joules et dire si la dissolution est endo. ou exo. : b) Calculer la chaleur massique de dissolution (Δh) en kJ/kg : c) Calculer la chaleur molaire de dissolution (ΔH) en kJ/mole : d) Écrire l'équation ionique du LiCl et ajoute la chaleur molaire que tu viens de calculer : _____________________________________________________________________________ -Pour le NaOH : a) Calculer la chaleur de dissolution (Q) en joules et dire si la dissolution est endo. ou exo. : b) Calculer la chaleur massique de dissolution (Δh) en kJ/kg : c) Calculer la chaleur molaire de dissolution (ΔH) en kJ/mole : d) Écrire l'équation ionique du NaOH et ajoute la chaleur molaire que tu viens de calculer : ___________________________________________________________________________

LiCl(s) Li+(aq) + Cl-(aq) + 35,6 kJ

NaOH(s) Na +(aq) + OH-(aq) + 41,9kJ



-Pour le NaNO3 : a) Calculer la chaleur de dissolution (Q) en joules et dire si la dissolution est endo. ou exo. : b) Calculer la chaleur massique de dissolution (Δh) en kJ/kg : c) Calculer la chaleur molaire de dissolution (ΔH) en kJ/mole : d) Écrire l'équation ionique du NaNO3 et ajoute la chaleur molaire que tu viens de calculer : _____________________________________________________________________________ CONCLUSION ________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

NaNO3 (s) + 21,0 kJ Na+ (aq) + NO3-(aq)

La dissolution du LiCl et du NaOH est exothermique dans les 2 cas et dégage respectivement 35,6 kJ/mole et 41,9 kJ/mole. Par contre, la dissolution du NaNO3 est endothermique et absorbe 21,0 kJ/mole.



EXPÉRIMENTATION 13 CHALEUR MOLAIRE DE NEUTRALISATION BUT : Déterminer la quantité d'énergie thermique mise en jeu lors de la neutralisation d'une base

(NaOH) par un acide (HCl). HYPOTHÈSE : -Donner la nature des produits d'une neutralisation. ___________________________________ -Pour cette neutralisation, crois-tu que la réaction sera endo. ou exothermique ? ____________ LISTE DU MATÉRIEL -2 verres de polystyrène + couvercle -Thermomètre. -Agitateur. -Cylindre gradué (100 mL). -Lunettes de sécurité. -Solution de HCl (1,00 mol/L) et solution de NaOH (1,00 mol/L). PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE Rx. chimique : NaOH(aq) + HCl(aq) NaCl(aq) + H2O(l) ou Rx. ionique : Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) base + acide sel neutre + eau -Verser 50 mL de NaOH 1,00 mol/L dans un verre de polystyrène. -Verser 50 mL de HCl 1,00 mol/L dans le deuxième verre de polystyrène.

-Noter au 0,5°C près la température des deux solutions. Rincer et assécher le thermomètre entre les deux mesures pour éviter de mélanger les solutions. Les deux températures doivent être sensiblement égales, car elles sont toutes les deux à la température de la pièce. La moyenne de ces températures sera la température initiale.

-Verser rapidement la solution de HCl dans la solution de NaOH. -Noter au 0,5°C près la température la plus haute atteinte. Ce sera la température finale. -Laver et ranger le matériel. RÉSULTATS ET CALCULS -Inscrire dans le tableau qui suit la moyenne des températures obtenues par l'ensemble des équipes VOLUME TOTAL t initiale t finale _____________ _________ _________

un sel neutre et de l'eau Selon l'élève

100,0 mL 20,0°C 26,0°C



1- Calculer la chaleur de neutralisation. (Considérer que 1 mL du mélange des solutions pèse 1g) 2- Calculer la chaleur molaire (ΔH) de neutralisation par mole de NaOH qui a réagi. 3- Écrire la réaction ionique de neutralisation en y introduisant la chaleur molaire (ΔH) de neutrali-

sation. _____________________________________________________________________________ CONCLUSION _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

Mole de NaOH = Chaleur molaire (ΔH ) de réaction =

Na+(aq) + OH-(aq) + H+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2 O(l) + 50 kJ

La neutralisation du NaOH par le HCl est exothermique et la chaleur molaire de neu-tralisation a comme valeur 50 kJ / mol.



EXPÉRIMENTATION 14 CHALEUR MOLAIRE DE LA DISSOLUTION DU NaOH(s) DANS LE HCl(aq) BUT: Déterminer la quantité d'énergie thermique mise en jeu lors de la dissolution du NaOH(s) dans

du HCl(aq) . Manipuler le NaOH avec précaution. Le peser rapidement car il absorbe très vite l'humidité de

l'air. Surtout ne pas y toucher avec vos doigts. HYPOTHÈSE : -Donner la nature des produits de cette réaction : ____________________________________ -Pour cette neutralisation crois-tu que la réaction va être endo. ou exothermique ? ____________________________ LISTE DU MATÉRIEL -1 verre de polystyrène + couvercle, -Balance (0,01 g), -1 pèse-matière, -Thermomètre, -Agitateur, -Cylindre gradué (100 mL), -Lunettes de sécurité, -Solution de HCl (1,00 mol/L) et NaOH(s) . PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE Réaction ionique : NaOH(s) + H+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) + 91,9 kJ Base + acide sel neutre + eau -Verser 100 mL de HCl, 1,00 mol / L dans le verre de polystyrène. -Noter au 0,5°C la température initiale. -Peser le plus rapidement possible 4,00 g de NaOH(s). -Mettre le NaOH(s) dans la solution de HCl et agiter la solution. -Noter au 0,5°C près la température la plus haute atteinte. Ce sera la température finale. -Laver et ranger le matériel. RÉSULTATS ET CALCULS - Inscrire dans le tableau qui suit la moyenne des températures obtenues par l'ensemble des équipes

VOLUME TOTAL tinitiale tfinale _____________ _________ _________

Selon l'élève

100,0 mL 20,0°C 42,0°C



1- Calculer la chaleur de réaction. (Considérer que 1 mL du mélange pèse 1g). 2- Calculer la chaleur molaire (ΔH) de réaction par mole de NaOH qui a réagi. 3- Écrire la réaction ionique de neutralisation en y introduisant la chaleur molaire (ΔH) de neutralisation. _____________________________________________________________________________ CONCLUSION _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

NaOH(s) + H+(aq) + Cl-(aq) Na+(aq) + Cl-(aq) + H2O(l) + 92,2 kJ

En tenant compte des erreurs expérimentales, la loi de Hess est bien confirmée.



Exercices 3-7

1- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : I2 (s) I2(g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : I2 (s) + H2(g) + 51,8 kJ 2 HI(g) (2) I2 (g) + H2(g) 2 HI(g) + 10,5 kJ (3) 2- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : Fe2O3 (s) + 2 Al(s) Al2O3 (s) + 2 Fe(s) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : 2 Fe(s) + 3/2 O2(g) Fe2O3 (s) + 822,4 kJ (2) 2 Al(s) + 3/2 O2(g) Al2O3 (s) + 1419,1 kJ (3) 3- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : NO (g) + 1/2 O2(g) NO2 (g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : 1/2 N2 (g) + O2(g) + 33,9 kJ NO2 (g) (2) 1/2 N2 (g) + 1/2 O2(g) + 90,4 kJ NO(g) (3)



4- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : 2 N2O(g) + O2(g) 4 NO(g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : 1/2 N2 (g) + 1/2 O2(g) + 91,0 kJ NO (g) (2) N2 (g) + 1/2 O2(g) + 82,0 kJ N2O(g) (3) 5- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : H2O(g) + C(s) CO(g) + H2(g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : C(s) + O2(g) CO2(g) + 393,6 kJ (2) H2 (g) + 1/2 O2(g) H2O(g) + 241,9 kJ (3) CO(g) + 1/2 O2(g) CO2(g) + 283,1 kJ (4)



6- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : C2H6(g) + 7/2 O2(g) 2 CO2(g) + 3 H2O(g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : 2 C(s) + 3 H2(g) C2H6(g) + 84,5 kJ (2) C(s) + O2(g) CO2(g) + 393,6 kJ (3) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g) + 241,9 kJ (4) 7- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : NH3(g) + 7/4 O2(g) NO2(g) + 3/2 H2O(g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : 1/2 N2(g) + O2(g) + 33,9 kJ NO2(g) (2) 1/2 N2(g) + 3/2 H2(g) NH3(g) + 46,2 kJ (3) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g) + 241,9 kJ (4)



8- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : CO2(g) + 2 H2O(g) 3/2 O2(g) + CH3OH(g) (1) chaleur de réaction = ? kJ On connaît : C(s) + 2 H2(g) + 1/2 O2(g) CH3OH(g) + 638,0 kJ (2) C(s) + O2(g) CO2(g) + 393,6 kJ (3) H2(g) + 1/2 O2(g) H2O(g) + 241,9 kJ (4) 9- Trouve la chaleur de réaction de la réaction suivante : 4 C(s) + S8(g) 4 CS2(g) (1) ΔH = ? kJ On connaît : C(s) + O2(g) CO2(g) (2) ΔH = -393,6kJ S8(g) + 8 O2(g) 8 SO2(g) (3) ΔH = -2374,4 kJ CS2(g) + 3 O2(g) CO2(g) + 2 SO2(g) (4) ΔH = -1072 kJ

Multiplier (1) x par 4 : 4 C(s) + 4 O2(g) 4 CO2(g) (2) ΔH = -393,6kJ x 4 = -1574,4 kJ

S8(g) + 8 O2(g) 8 SO2(g) (3) ΔH = -2374,4 kJ

Inverser (4) x par 4 : 4 CO2(g) +8 SO2(g) 4 CS2(g) +12 O2(g) (4) ΔH = +1072 kJ x 4 = +4288 kJ

4 C(s) + S8(g) 4 CS2(g) (1) ΔH = +339,2 kJ



DÉMONSTRATION 2 (Modèle analogique qui simule une réaction endothermique ou exothermique) BUT : Utiliser le phénomène des vases communiquants comme modèle :

1° pour simuler une réaction réversible ; 2° pour simuler le besoin d'énergie d'activation pour amorcer les réactions directe et inverse

et démontrer qu'en plus, elles ont des vitesses différentes ; 3° pour simuler une réaction endothermique ou exothermique.

MATÉRIEL -Support universel. -Petite poire. -Pince à burettes et pince de mohr. -Tube de plastique. -Tubes de verre (un coudé et un droit). -Eau colorée. 1- SIMULATION : RÉACTIONS RÉVERSIBLES MANIPULATIONS Sans toucher à la valve (pince de Mohr), on observe ce qui se passe, lorsqu'on presse la poire et lorsqu'on la relâche. OBSERVATIONS En fournissant de l'énergie, le niveau de l'eau se déplace

vers la droite et spontanément, lorsque l'apport d'énergie cesse, le niveau revient à son état initial, en redonnant la même quantité d'énergie qu'il a reçu.

EXPLICATIONS Une réaction qui agit de cette manière est appelée une réaction:___________________ La réaction vers la droite est appelée réaction

«___________» et la réaction vers la gauche, réaction «____________». La réversibilité de la réaction est représentée par deux flèches opposées. Symboliquement, on représente une réaction réversible de la manière suivante :

___________ + Q ____________ Un système réversible est donc un système qui peut se faire dans les deux sens. L'énergie absorbée dans un sens est toujours libérée dans l'autre sens. Il y a donc toujours conservation de l'énergie. Dans ce cas-ci la réaction directe est endothermique, non-spontanée et lente, tandis que la réaction inverse est exothermique, spontanée et rapide.

réaction directe

réaction inverse

réversible

directe inverse

RÉACTIFS PRODUITS



Voici deux systèmes réversibles : Ébullition et condensation de l'eau H2O(l) + Q H2O(g) Décomposition et formation de l'eau H2O(l) + Q H2(g)+ ½ O2(g) Dans ces deux cas est-ce que les réactions inverses sont plus rapides et spontanées ? Explique. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2- SIMULATION : ÉNERGIE D'ACTIVATION MANIPULATIONS On presse sur la poire pour faire monter l'eau du côté droit et, au même moment, on observe ce qui se passe lorsqu'on ferme la valve. OBSERVATIONS En fournissant de l'énergie, le niveau de l'eau se déplace vers la droite et

une petite quantité d'énergie supplémentaire, fermeture de la valve, empêche la réaction inverse de se faire spontanément. EXPLICATIONS La petite quantité d'énergie (fermeture de la valve) qui empêche la réaction

inverse d'être spontanée est appelée« ______________________». Si on veut que la réaction inverse se produise, il faut alors fournir la même quantité

d'énergie d'activation, soit________________________ . 3- SIMULATION : RÉACTIONS ENDOTHERMIQUE ET EXOTHERMIQUE MANIPULATIONS Réaction directe (endothermique) : on presse sur la poire et on ferme la valve. Observations. Réaction inverse (exothermique) : on ouvre la valve. Observations. OBSERVATIONS Pour déplacer le niveau de l'eau vers la droite, c'est lent et il faut fournir beaucoup d'énergie (presser la poire et fermer la valve). Par contre, pour revenir à son état initial, le système est non-spontané, pour l'amorcer ça prend peu d'énergie (ouvrir la valve) et toute l'énergie pour compresser la poire est libérée rapidement pour la gonfler. EXPLICATIONS La réaction directe qui est ____________________ , est__________ et a besoin de __________

d'énergie ( car Ea de la réaction directe = Q + Ea de la réaction inverse). Par contre, la réaction inverse, qui est _____________________, est ____________________ ;

pour l'amorcer ca prend ________ d'énergie (énergie d'activation) et rapidement la même ___________________________ Q est libérée.

Oui, plus rapides, car les deux sont exothermiques. Par contre, à la température de la pièce, la condensation de l'eau est spontanée, tandis que la formation de l'eau ne l'est pas ; il faut fournir une étincelle pour que la réaction se fasse.

énergie d'activation

l'ouverture de la valve

endothermique lente beaucoup

exothermique non-spontanée peu

quantité de chaleur



GRAPHIQUES Graphiquement on peut représenter ce phénomène réversible par le diagramme d'énergie potentielle

suivant : BILAN ÉNERGÉTIQUE. D'après le modèle on a :

EP (eau) + E (pression de l'air)

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