La loi de l’additivité des chaleurs (loi de Hess)
- Une autre méthode de déterminer l’enthalpie d’une réaction utilise la loi de
l’additivité des chaleurs ou loi de Hess. D’après cette loi :
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La variation de l’enthalpie d’un processus physique ou chimique
ne dépend que des conditions initiales (réactifs) et des conditions
finales (produits).
La variation de l’enthalpie est indépendante du cheminement du
processus et du nombre d’étapes intermédiaires dans le processus.
- La loi de Hess permet de déterminer la variation de l’enthalpie d’une réaction
sans la mesurer de façon directe.
Cette méthode est comme un système d'équations en mathématique.
On additionne algébriquement les réactions chimiques. Il y a quelques
règles à respecter:
1. Tous les termes d'un même côté de la flèche (ou égalité) s'additionnent.
2. Les termes opposés de chaque côté de la flèche (ou égalité) se
soustraient.
3. On peut multiplier ou diviser chaque coefficient de l'équation par le
même entier ou la même fraction sans oublier la valeur de ΔH
correspondante.
4. On peut inverser une équation. Les produits deviennent réactifs et les
réactifs deviennent produits. On multiplie la valeur de e ΔH par -1.
5. Il faut tenir compte de l'état (solide (s), liquide(ℓ), gaz(g) ou aqueux (aq))
de chaque substance impliquée dans les équations.
La combinaison algébrique d’équation chimique
- Dans certaines situations, il faut manipuler les équations afin d’arriver à
l’équation cible. Il y a deux façons de manipuler une équation chimique :
1. Inverser une équation : Les produits deviennent les réactifs et vice versa. Le
signe de ∆H° inverse.
2. Multiplier une équation : Tu multiplies chaque coefficient par le même
nombre entier. ∆H° est multiplié par le même entier.
- D’après la loi de Hess, les étapes qu’une réaction prend ne sont pas
importantes.
- Prenons les trois réactions suivantes :
1) H2O2(l) → H2(g) + O2(g) ∆H° = +188 kJ
2) H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ∆H° = -286 KJ
3) H2O2(L) → H2O(L) + 1/2O2(g) ∆H° = ?
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L’équation 3) est l’équation cible, celle pour laquelle ont veut
déterminer la variation d’enthalpie.
Comment peut-on manipuler les équations 1) et 2) afin d’atteindre
3)?
Exemple : Une des méthodes utilisée dans l’industrie de l’acier pour obtenir du
fer métallique consiste à faire réagir de l’oxyde de fer (III), Fe2O3, avec du
monoxyde de carbone, CO.
Fe2O3(s) + 3CO(g) → 3CO2(g) + 2Fe(s)
Détermine la variation de l’enthalpie de cette réaction, étant donné les
équations suivantes et leurs variations de l’enthalpie.
1) CO(g) + ½O2(g) → CO2(g) ∆H° = -283,0 kJ
2) 2Fe(s) + 3/2O2(g) → Fe2O3(s) ∆H° = -822,3 kJ
Vérifiions chaque réactif et chaque produit avec l’équation cible pour
déterminer les modifications à apporter aux équations 1 et 2.
L’équation 2 doit être inversée tandis que l’équation 1 doit être multipliée
par 3.
Je multiplie par 3 l’équation 1 :
3CO(g) +
ΔH = 3(-283 kJ) = -849 kJ
O2(g) 3CO2(g)
J’inverse l’équation 2 :
Fe2O3(s) 2Fe(s) +
O2(g)
ΔH = +822 kJ
Voici le système d’équation que j’obtiens :
1) 3CO(g) +
O2(g) 3CO2(g)
2) Fe2O3(s) 2Fe(s) +
ΔH = -849 kJ
O2(g)
ΔH = +822 kJ
---------------------------------------------------------------------3CO(g) +
O2(g) + Fe2O3(s) 3CO2(g) + 2Fe(s) +
O2(g)
On élimine ce qui est pareil de chaque côté de la flèche,
3CO(g) + Fe2O3(s) 3CO2(g) + 2Fe(s)
Pour obtenir l’équation cible, on a additionnée tous les réactifs et tous
les produits du système d’équation et éliminé ce qui était pareil de
chaque côté de la flèche.
On additionne les valeurs d’enthalpie pour trouver celle de la réaction.
ΔH = -849 kJ + 822 kJ = -27 kJ
L’équation thermochimique est :
3CO(g) + Fe2O3(s) 3CO2(g) + 2Fe(s)
ΔH = -27 kJ
