Chimie pour les non-majors

La loi de Hess sur la sommation des chaleurs

Combien d’énergie est impliquée dans le fonctionnement d’un chalumeau à l’acétylène?

Puisqu’il y a une série complexe de réactions qui ont lieu, les méthodes simples pour déterminer la chaleur de réaction ne fonctionneront pas. Nous devons développer de nouvelles approches pour ces calculs.

Ajouter des chaleurs de réaction

Il est parfois très difficile, voire impossible, de mesurer la variation d’enthalpie d’une réaction directement en laboratoire. Certaines réactions se déroulent extrêmement lentement, rendant une mesure directe irréalisable. Dans d’autres cas, une réaction donnée peut être une étape intermédiaire dans une série de réactions. Certaines réactions peuvent être difficiles à isoler car plusieurs réactions secondaires peuvent se produire en même temps. Heureusement, il est possible de mesurer le changement d’enthalpie d’une réaction par une méthode indirecte. La loi de la sommation des chaleurs de Hess stipule que si deux ou plusieurs équations thermochimiques peuvent être additionnées pour donner une équation finale, alors les chaleurs de réaction peuvent également être additionnées pour donner une chaleur de réaction pour l’équation finale.

Un exemple illustrera comment la loi de Hess peut être utilisée. L’acétylène (C 2 H 2 ) est un gaz qui brûle à une température extrêmement élevée (3300°C) et qui est utilisé pour la soudure (illustré dans l’image d’ouverture). Sur le papier, le gaz acétylène peut être produit par la réaction du carbone solide (graphite) avec le gaz hydrogène.

Malheureusement, cette réaction serait pratiquement impossible à réaliser en laboratoire car le carbone réagirait avec l’hydrogène pour former simultanément de nombreux produits hydrocarbonés différents. Il n’y a aucun moyen de créer des conditions dans lesquelles seul de l’acétylène serait produit.

Cependant, les changements d’enthalpie pour les réactions de combustion sont relativement faciles à mesurer. Les chaleurs de combustion du carbone, de l’hydrogène et de l’acétylène sont présentées ci-dessous avec chaque équation équilibrée.

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3. 

Pour utiliser la loi de Hess, nous devons déterminer comment les trois équations ci-dessus peuvent être manipulées de façon à ce qu’elles puissent être additionnées pour aboutir à l’équation souhaitée (la formation d’acétylène à partir de carbone et d’hydrogène).

Pour ce faire, nous allons parcourir l’équation souhaitée, une substance à la fois – en choisissant la réaction de combustion parmi les équations numérotées de 1 à 3 ci-dessus qui contient cette substance. Il peut être nécessaire d’inverser une réaction de combustion ou de la multiplier par un facteur quelconque afin de la faire  » coller  » à l’équation souhaitée. Le premier réactif est le carbone et le dans l’équation de la réaction souhaitée, le coefficient du carbone est un 2. On va donc écrire la première réaction de combustion en doublant tous les coefficients et le .

Le deuxième réactif est l’hydrogène et son coefficient est égal à 1, comme dans la deuxième réaction de combustion. On utilisera donc cette réaction telle qu’elle est écrite.

Le produit de la réaction est C 2 H 2 et son coefficient est également égal à 1. Dans la réaction de combustion n 3, l acétylène est un réactif. On va donc inverser la réaction 3, en changeant le signe du .

Maintenant, ces trois réactions peuvent être additionnées. Toute substance qui apparaît en quantité égale comme réactif dans une équation et comme produit dans une autre équation s’annule algébriquement. Les valeurs des variations d’enthalpie sont également additionnées.

Donc la chaleur de réaction pour la combinaison du carbone avec l’hydrogène pour produire de l’acétylène est 228.3 kJ. Lorsqu’une mole d’acétylène est produite, 228,3 kJ de chaleur sont absorbés, rendant la réaction endothermique.

Résumé

• La loi de Hess est utilisée pour calculer la chaleur de réaction pour les processus qui ne peuvent pas être mesurés directement.

Pratique

Faites les problèmes (autant que vous en avez le temps) au lien ci-dessous:

http://faculty.uscupstate.edu/cbender/Web%20page%20folder%20enmass/chm111/Chm%20111%20worksheets/Hess%27s%20Law%20probs.html

Revue

Questions

1. Citez deux raisons pour lesquelles la mesure directe d’une chaleur de réaction peut ne pas être réalisable.
2. Énoncez la loi de Hess.
3. Si une réaction de combustion est inversée, que doit-il arriver à la valeur ?

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