Chimie · Écoles d'ingénieurs — ENSMR (Mines Rabat)

Thermodynamique chimique

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

La thermodynamique chimique étudie les échanges d'énergie lors des transformations.

Premier principe : $\Delta U = Q + W$ . Pour une transformation isobare, $Q_p = \Delta H$ .
Enthalpie standard de réaction : $\Delta_r H^\circ(T) = \sum \nu_i \Delta_f H^\circ_i(T)$ .
Loi de Kirchhoff : $\Delta_r H^\circ(T_2) = \Delta_r H^\circ(T_1) + \int_{T_1}^{T_2} \Delta_r C_p dT$ .
Entropie : $\Delta S = S_{produits} - S_{réactifs}$ .
Enthalpie libre : $\Delta_r G = \Delta_r H - T \Delta_r S$ .
Critère de spontanéité : $\Delta_r G < 0$ (réaction spontanée).

Méthodes à maîtriser

Calcul de $\Delta_r H^\circ$ : Utiliser les enthalpies de formation $\Delta_f H^\circ$ . Attention aux coefficients stoechiométriques $\nu_i$ .
Utilisation de la loi de Hess : Combiner des équations chimiques pour obtenir l'enthalpie d'une réaction inconnue.
Détermination de la température d'inversion : Résoudre $\Delta_r H - T \Delta_r S = 0$ .

Exemples corrigés

Exemple : Calculer $\Delta_r H^\circ$ pour $A \rightarrow B$ sachant $\Delta_f H^\circ(A) = -100$ kJ/mol et $\Delta_f H^\circ(B) = -50$ kJ/mol. Solution : $\Delta_r H^\circ = \Delta_f H^\circ(B) - \Delta_f H^\circ(A) = -50 - (-100) = +50$ kJ/mol.

Erreurs fréquentes

Oublier le signe des coefficients stoechiométriques (négatifs pour les réactifs).
Confondre $\Delta_r H$ (réaction) et $\Delta_f H$ (formation).
Oublier de convertir la température en Kelvin (K = °C + 273,15).

L'essentiel du cours

La thermodynamique chimique étudie les échanges d'énergie lors des transformations.

Premier principe : $\Delta U = Q + W$. Pour une transformation isobare, $Q_p = \Delta H$.
Enthalpie standard de réaction : $\Delta_r H^\circ(T) = \sum \nu_i \Delta_f H^\circ_i(T)$.
Loi de Kirchhoff : $\Delta_r H^\circ(T_2) = \Delta_r H^\circ(T_1) + \int_{T_1}^{T_2} \Delta_r C_p dT$.
Entropie : $\Delta S = S_{produits} - S_{réactifs}$.
Enthalpie libre : $\Delta_r G = \Delta_r H - T \Delta_r S$.
Critère de spontanéité : $\Delta_r G < 0$ (réaction spontanée).

Méthodes à maîtriser

Calcul de $\Delta_r H^\circ$ : Utiliser les enthalpies de formation $\Delta_f H^\circ$. Attention aux coefficients stoechiométriques $\nu_i$.
Utilisation de la loi de Hess : Combiner des équations chimiques pour obtenir l'enthalpie d'une réaction inconnue.
Détermination de la température d'inversion : Résoudre $\Delta_r H - T \Delta_r S = 0$.

Exemples corrigés

Erreurs fréquentes

Oublier le signe des coefficients stoechiométriques (négatifs pour les réactifs).
Confondre $\Delta_r H$ (réaction) et $\Delta_f H$ (formation).
Oublier de convertir la température en Kelvin (K = °C + 273,15).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Thermodynamique chimique

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Pour une réaction exothermique, le signe de $\Delta_r H$ est :

❓ Questions fréquentes

Comment interpréter Deltar S 0 ?

Cela signifie que le désordre du système augmente au cours de la transformation (par exemple, passage d'un solide à un gaz).

💡 À retenir : Une augmentation d'entropie favorise la spontanéité si $\Delta_r H$ n'est pas trop positif.

Cela signifie que le désordre du système augmente au cours de la transformation (par exemple, passage d'un solide à un gaz).

💡 À retenir : Une augmentation d'entropie favorise la spontanéité si $\Delta_r H$ n'est pas trop positif.

Qu'est-ce qu'une fonction d'état ?

Une fonction d'état est une grandeur physique dont la valeur ne dépend que de l'état actuel du système (pression, température, composition) et non du chemin suivi pour y parvenir.

💡 À retenir : La variation d'une fonction d'état entre deux points est toujours la même, quel que soit le processus.

Kifach n7seb Deltar G ila 3ndi Deltar H o Deltar S ?

Vérifie que les unités sont cohérentes (souvent $\Delta_r H$ en J/mol et $\Delta_r S$ en J/mol.K).
Utilise la relation : $\Delta_r G = \Delta_r H - T \Delta_r S$ .
N'oublie pas de convertir la température en Kelvin.

💡 À retenir : Si $\Delta_r G < 0$ , la réaction est spontanée dans le sens direct.

Vérifie que les unités sont cohérentes (souvent $\Delta_r H$ en J/mol et $\Delta_r S$ en J/mol.K).
Utilise la relation : $\Delta_r G = \Delta_r H - T \Delta_r S$.
N'oublie pas de convertir la température en Kelvin.

💡 À retenir : Si $\Delta_r G < 0$, la réaction est spontanée dans le sens direct.

Est-ce que Deltar H dépend de la température ?

Oui, selon la loi de Kirchhoff, $\Delta_r H$ varie avec la température si la capacité thermique des produits diffère de celle des réactifs ( $\Delta_r C_p \neq 0$ ).

💡 À retenir : Si $\Delta_r C_p$ est négligeable, on considère $\Delta_r H$ comme constant.

Oui, selon la loi de Kirchhoff, $\Delta_r H$ varie avec la température si la capacité thermique des produits diffère de celle des réactifs ($\Delta_r C_p \neq 0$).

💡 À retenir : Si $\Delta_r C_p$ est négligeable, on considère $\Delta_r H$ comme constant.

Chno hiya l-far9 bin Deltar H o Deltaf H ?

$\Delta_f H$ (Enthalpie de formation) est l'énergie pour former 1 mole d'un composé à partir de ses corps simples.
$\Delta_r H$ (Enthalpie de réaction) est l'énergie échangée lors d'une réaction chimique précise.

💡 À retenir : $\Delta_r H = \sum \nu_i \Delta_f H_i$ .

$\Delta_f H$ (Enthalpie de formation) est l'énergie pour former 1 mole d'un composé à partir de ses corps simples.
$\Delta_r H$ (Enthalpie de réaction) est l'énergie échangée lors d'une réaction chimique précise.

💡 À retenir : $\Delta_r H = \sum \nu_i \Delta_f H_i$.

Comment savoir si une réaction est exothermique ?

Une réaction est exothermique si $\Delta_r H < 0$ . Le système libère de l'énergie thermique vers le milieu extérieur.

💡 À retenir : Le signe moins signifie une perte d'énergie pour le système.

Une réaction est exothermique si $\Delta_r H < 0$. Le système libère de l'énergie thermique vers le milieu extérieur.

💡 À retenir : Le signe moins signifie une perte d'énergie pour le système.

Kifach n3ref wach la réaction ghadi t-tra spontanément ?

Il faut calculer l'enthalpie libre de réaction $\Delta_r G$ . Si $\Delta_r G < 0$ à la température donnée, la réaction est spontanée.

💡 À retenir : $\Delta_r G$ est le critère ultime de spontanéité à P et T constantes.

Il faut calculer l'enthalpie libre de réaction $\Delta_r G$. Si $\Delta_r G < 0$ à la température donnée, la réaction est spontanée.

💡 À retenir : $\Delta_r G$ est le critère ultime de spontanéité à P et T constantes.

Pourquoi utilise-t-on des valeurs standard ?

Pour pouvoir comparer les données thermodynamiques entre différents laboratoires et manuels, on fixe des conditions de référence (P = 1 bar, T = 298 K).

💡 À retenir : Les valeurs standard sont notées avec un exposant "°".

Quelle est l'unité de l'entropie ?

L'unité SI est le Joule par Kelvin (J/K). Pour une réaction chimique, on utilise le Joule par Kelvin par mole (J/mol.K).

💡 À retenir : L'entropie mesure le désordre microscopique.

La loi de Hess est-elle toujours applicable ?

Oui, car l'enthalpie est une fonction d'état. On peut décomposer n'importe quelle réaction en une somme d'étapes intermédiaires.

💡 À retenir : C'est un outil puissant pour calculer des $\Delta_r H$ impossibles à mesurer directement.

Oui, car l'enthalpie est une fonction d'état. On peut décomposer n'importe quelle réaction en une somme d'étapes intermédiaires.

💡 À retenir : C'est un outil puissant pour calculer des $\Delta_r H$ impossibles à mesurer directement.

Est-ce que Deltar G est toujours égal à Deltar G^circ ?

Non. $\Delta_r G = \Delta_r G^\circ + RT \ln(Q)$ , où $Q$ est le quotient de réaction. $\Delta_r G^\circ$ n'est qu'une valeur de référence.

💡 À retenir : La spontanéité réelle dépend de la concentration des espèces (via $Q$ ).

Non. $\Delta_r G = \Delta_r G^\circ + RT \ln(Q)$, où $Q$ est le quotient de réaction. $\Delta_r G^\circ$ n'est qu'une valeur de référence.

💡 À retenir : La spontanéité réelle dépend de la concentration des espèces (via $Q$).

Pourquoi Deltaf H des corps simples est nulle ?

Par convention, l'enthalpie de formation des corps simples dans leur état standard de référence est nulle à toute température.

💡 À retenir : C'est le point zéro de l'échelle des enthalpies.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Calculer l'enthalpie standard de la réaction de combustion du méthane : $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l)$ . Données : $\Delta_f H^\circ(CH_4) = -74,8$ kJ/mol ; $\Delta_f H^\circ(CO_2) = -393,5$ kJ/mol ; $\Delta_f H^\circ(H_2O) = -285,8$ kJ/mol.

Exercice 1

Calculer l'enthalpie standard de la réaction de combustion du méthane : $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(l)$. Données : $\Delta_f H^\circ(CH_4) = -74,8$ kJ/mol ; $\Delta_f H^\circ(CO_2) = -393,5$ kJ/mol ; $\Delta_f H^\circ(H_2O) = -285,8$ kJ/mol.

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Exercice 2

Déterminer la température d'inversion de la réaction $A(s) \rightarrow B(g)$ sachant $\Delta_r H^\circ = 40$ kJ/mol et $\Delta_r S^\circ = 120$ J/mol.K.

Exercice 2

Déterminer la température d'inversion de la réaction $A(s) \rightarrow B(g)$ sachant $\Delta_r H^\circ = 40$ kJ/mol et $\Delta_r S^\circ = 120$ J/mol.K.

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Exercice 3

Soit la réaction $2NO(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)$ . Calculer $\Delta_r G^\circ$ à 298 K. Données : $\Delta_r H^\circ = -114$ kJ/mol ; $\Delta_r S^\circ = -146$ J/mol.K.

Exercice 3

Soit la réaction $2NO(g) + O_2(g) \rightarrow 2NO_2(g)$. Calculer $\Delta_r G^\circ$ à 298 K. Données : $\Delta_r H^\circ = -114$ kJ/mol ; $\Delta_r S^\circ = -146$ J/mol.K.

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