Thermochimie & Équilibres Chimiques - Module M4 Chimie

COURS DISPENSÉ PAR :
B. BAKIZ - M. EZAHRI - S. MANÇOUR BILLAH
DÉPARTEMENT CHIMIE
FILIÈRE SMC1/SMP1
MODULE M4

Site Internet
Nous avons mis à la disposition des étudiants du module M
4
de thermo-
chimie pour les filières SMC
1
& SMP
1
un site Internet dont l’adresse du
lien est :
http://sites.google.com/site/m4thermochimie
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SMCP1 - Thermochimie & Équilibres Chimiques - 2020-21
SOMMAIRE
Introduction 4
Chapitre I : Généralités
I. Définitions
I.1 Système thermodynamique 4
I.2 Variables d’état 4
I.3 Équations d’état 5
I.4 Transformations subies par un système 6
II. Échange d’énergie avec le milieu extérieur
II.1 Formes d’énergie 7
II.2 Échange de chaleur (Q) 7
II.3 Échange de travail (W) 9
Chapitre II : Premier principe de la thermodynamique
I. Énoncé 10
II. Chaleurs de réaction
II.1 Réactions à volume constant (U) 11
II.2 Réactions à pression constante (H) 11
II.3 Relation entre Qv et Qp 12
III. Application du 1er principe aux transformations chimiques
III.1 Enthalpie de réaction 12
III.2 Détermination des chaleurs de réaction 13
III.3 Variation des chaleurs de réaction avec la température 19
Chapitre III : Deuxième principe de la thermodynamique
I. Transformations spontanées ou naturelles 21
II. Entropie des systèmes (S)
II.1 Système non isolé 23
II.2 Système isolé 23
III. Variation d’entropie (S) 23
IV. Enthalpie libre (G)
IV.1 Définitions
IV.2 Variation de G=f(T,P) 26
IV.3 Critères de transformations 26
IV.4 Variation d’enthalpie libre (G) 27
Chapitre IV : Équilibres chimiques
I. Constantes d’équilibres
I.1 Définitions 29
I.2.Variation de l’enthalpie libre en fonction de la constante d’équilibre 30
I.3 Loi d’action de masse 31
II. Loi de déplacement de l’équilibre
II.1 Variation de la constante K avec la température 33
II.2 Influence de la pression 35
II.3 Influence de la composition 36
III. Facteur d’équilibre et variance d’un système 37

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INTRODUCTION
La thermodynamique classique étudie les lois qui gouvernent le transfert
d’énergie. Elle permet, d’une part, d’évaluer l’énergie échangée lors d’une réac-
tion et d’autre part d’étudier l’évolution de la réaction.
La thermochimie est une branche de la thermodynamique :
▪ C’est l’application des lois de la thermodynamique aux transformations
chimiques.
▪ C’est l’étude de la transformation d’une forme d’énergie en une autre.
Elle repose essentiellement sur deux postulats :
▪ l’énergie de l’univers demeure constante
▪ l’entropie de l’univers augmente
Ces deux postulats constituent respectivement les bases du premier principe
(équivalence d’énergie) et du deuxième principe (principe d’évolution).
L’objet de la thermochimie, c’est de :
▪ déterminer les quantités de chaleur mises en jeu au cours d’une réaction,
dans des conditions expérimentales données.
▪ prévoir, dans les mêmes conditions, si une réaction est thermodynami-
quement possible.
CHAPITRE I : GÉNÉRALITÉS
I. DÉFINITIONS
I.1 Système thermodynamique
C’est la partie de l’univers au sein de laquelle s’effectue la transformation étu-
diée. Tout ce qui ne fait pas partie du système constitue le milieu extérieur, c’est
à dire tout le reste de l’univers, avec lequel le système peut avoir des échanges
de matière ou d’énergie. On distingue différents systèmes :
Échange
Matière
Travail
Chaleur
Système isolé
non
non
non
Système fermé
non
oui
oui
Système ouvert
oui
oui
oui

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I.2 Variables d’état
Ce sont les grandeurs qui permettent de définir l’état d’un système (masse,
nombre de moles, V, P, T, C…). Elles sont extensives quand elles dépendent de la
quantité de matière du système (volume, masse, nombre de moles) et intensives
dans le cas contraire (T, P, concentration, masse volumique ...).
I.3 Équation d’état
On appelle équation d’état : une expression qui relie entre elles les différentes
variables d’état d’un système.
 Exemple d’équation d’état
Pour un gaz parfait : P, V, n et T ne peuvent prendre des valeurs quelconques
pour un système donné ; Elles sont liées par l’équation d’état des gaz parfaits :
P V = n R T
P = Pression du gaz en Pascal (Pa) ou atmosphère (atm)
V = Volume en (m3 ou L) et n en (mol)
T = Température en (K)
R est la constante des gaz parfaits :
Si
P en atmosphère (atm)
V en Litre (L)
alors R = 0,082 L.atm.mol-1.K-1
Si
P en pascal (Pa)
V en mètre cube (m3)
alors R = 8,31 J.mol-1.K-1
Rappel : 1 cal= 4,18 J → R 2 cal/K/mol ; 1 atm= 1,01325 bar et 1 bar= 1.105 Pa
 Exercices d’application
1. Calculer le volume molaire d’un gaz supposé parfait à 20 °C et sous 1 atm.
………………………………………………………………………………………………………………………
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2. Dans un procédé de synthèse industrielle, un gaz est introduit à 100 atm et
à 300 K, dans un récipient de volume constant. On chauffe ce gaz jusqu’à
500 K. Quelle est la nouvelle pression du gaz ?
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Mélange de gaz parfaits
▪ nombre de mole total : nt = ni