Physique-Chimie • Seconde

Énergie dans les réactions chimiques
Transformations chimiques

Concepts & Exercices
\(\Delta H = H_{\text{produits}} - H_{\text{réactifs}}\)
Variation d'enthalpie
Réaction exothermique
\(\Delta H < 0\)
Libère de l'énergie
Réaction endothermique
\(\Delta H > 0\)
Consomme de l'énergie
Énergie d'activation
\(E_a\)
Énergie nécessaire pour amorcer la réaction
🔥
Réaction exothermique : Libère de la chaleur, la température augmente.
❄️
Réaction endothermique : Absorbe de la chaleur, la température diminue.
Énergie d'activation : Énergie minimale nécessaire pour que la réaction se produise.
🔄
Conservation de l'énergie : L'énergie ne se perd pas, elle se transforme.
💡
Conseil : Observer la variation de température pour identifier le type de réaction
🔍
Attention : Ne pas confondre énergie d'activation et variation d'enthalpie
Astuce : Les combustions sont toujours exothermiques
📋
Méthode : Comparer l'énergie des réactifs et celle des produits
Exercice 1
Combustion du méthane : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, ΔH = -890 kJ/mol
Exercice 2
Photosynthèse : 6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂, ΔH = +2800 kJ/mol
Exercice 3
Réaction de neutralisation : HCl + NaOH → NaCl + H₂O, ΔH = -57.3 kJ/mol
Exercice 4
Dissolution de NH₄Cl : NH₄Cl(s) → NH₄⁺(aq) + Cl⁻(aq), ΔH = +14.7 kJ/mol
Exercice 5
Combustion de l'octane : 2C₈H₁₈ + 25O₂ → 16CO₂ + 18H₂O, ΔH = -10942 kJ/mol
Exercice 6
Décomposition du chlorate de potassium : 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂, ΔH = +89.4 kJ/mol
Exercice 7
Réaction de précipitation : AgNO₃ + NaCl → AgCl + NaNO₃, ΔH = -65.5 kJ/mol
Exercice 8
Fusion de la glace : H₂O(s) → H₂O(l), ΔH = +6.01 kJ/mol
Exercice 9
Réaction de combustion du glucose : C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O, ΔH = -2803 kJ/mol
Exercice 10
Électrolyse de l'eau : 2H₂O → 2H₂ + O₂, ΔH = +571.6 kJ/mol
Corrigé : Exercices 1 à 5
1 Combustion du méthane
Définition :

Réaction exothermique : Réaction chimique qui libère de l'énergie sous forme de chaleur.

\(\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}, \Delta H = -890 \text{ kJ/mol}\)
CH₄ + 2O₂
Réactifs
CO₂ + 2H₂O
Produits
Profil énergétique :

ΔH = -890 kJ/mol (négatif) → réaction exothermique

L'énergie des produits est inférieure à celle des réactifs

890 kJ sont libérés par mole de méthane brûlé

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = -890 kJ/mol

La valeur est négative, donc la réaction libère de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Combustion complète d'un hydrocarbure

Toutes les combustions sont exothermiques

Étape 3 : Interpréter l'énergie libérée

890 kJ sont libérés pour chaque mole de CH₄ brûlé

Cela correspond à une augmentation de température

Étape 4 : Conséquences pratiques

Utilisée comme source d'énergie (gaz naturel)

Température élevée atteinte

Réponse finale :

Cette réaction est exothermique avec ΔH = -890 kJ/mol.

Elle libère 890 kJ d'énergie par mole de méthane brûlé.

Règles appliquées :

ΔH négatif : Réaction exothermique (libère de l'énergie)

ΔH positif : Réaction endothermique (absorbe de l'énergie)

Combustion : Presque toujours exothermique

2 Photosynthèse
Définition :

Réaction endothermique : Réaction chimique qui absorbe de l'énergie sous forme de chaleur.

\(6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} \rightarrow \text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2, \Delta H = +2800 \text{ kJ/mol}\)
6CO₂ + 6H₂O
Réactifs
C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Produits
Profil énergétique :

ΔH = +2800 kJ/mol (positif) → réaction endothermique

L'énergie des produits est supérieure à celle des réactifs

2800 kJ sont absorbés par mole de glucose formé

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = +2800 kJ/mol

La valeur est positive, donc la réaction absorbe de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Photosynthèse : processus biologique endothermique

Convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique

Étape 3 : Interpréter l'énergie absorbée

2800 kJ sont absorbés pour chaque mole de glucose formé

L'énergie provient de la lumière du soleil

Étape 4 : Importance biologique

Source d'énergie pour les plantes

Production d'oxygène pour les autres êtres vivants

Réponse finale :

Cette réaction est endothermique avec ΔH = +2800 kJ/mol.

Elle absorbe 2800 kJ d'énergie par mole de glucose formé.

Règles appliquées :

ΔH positif : Réaction endothermique (absorbe de l'énergie)

Photosynthèse : Processus vital endothermique

Énergie lumineuse : Convertie en énergie chimique

3 Réaction de neutralisation
Définition :

Réaction de neutralisation : Réaction entre un acide et une base produisant un sel et de l'eau, généralement exothermique.

\(\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}, \Delta H = -57.3 \text{ kJ/mol}\)
HCl + NaOH
Réactifs
NaCl + H₂O
Produits
Profil énergétique :

ΔH = -57.3 kJ/mol (négatif) → réaction exothermique

L'énergie des produits est inférieure à celle des réactifs

57.3 kJ sont libérés par mole de réaction

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = -57.3 kJ/mol

La valeur est négative, donc la réaction libère de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Neutralisation acide-base (HCl + NaOH)

Forme un sel (NaCl) et de l'eau

Étape 3 : Interpréter l'énergie libérée

57.3 kJ sont libérés pour chaque mole de réaction

Cela provoque une augmentation de température

Étape 4 : Applications pratiques

Utilisée en titrage acido-basique

Exemple typique de réaction exothermique

Réponse finale :

Cette réaction est exothermique avec ΔH = -57.3 kJ/mol.

Elle libère 57.3 kJ d'énergie par mole de réaction.

Règles appliquées :

ΔH négatif : Réaction exothermique (libère de l'énergie)

Neutralisation : Presque toujours exothermique

Valeur typique : Environ -57 kJ/mol pour les réactions acide-base fortes

4 Dissolution de NH₄Cl
Définition :

Réaction endothermique : Réaction chimique qui absorbe de l'énergie sous forme de chaleur.

\(\text{NH}_4\text{Cl}(s) \rightarrow \text{NH}_4^+(aq) + \text{Cl}^-(aq), \Delta H = +14.7 \text{ kJ/mol}\)
NH₄Cl(s)
Réactifs
NH₄⁺(aq) + Cl⁻(aq)
Produits
Profil énergétique :

ΔH = +14.7 kJ/mol (positif) → réaction endothermique

L'énergie des produits est supérieure à celle des réactifs

14.7 kJ sont absorbés par mole de NH₄Cl dissous

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = +14.7 kJ/mol

La valeur est positive, donc la réaction absorbe de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de processus

Dissolution d'un sel dans l'eau

Processus physique-chimique endothermique

Étape 3 : Interpréter l'énergie absorbée

14.7 kJ sont absorbés pour chaque mole de NH₄Cl dissous

Cela se traduit par une baisse de température

Étape 4 : Observations pratiques

La solution devient plus froide

Utilisé dans les compresses froides instantanées

Réponse finale :

Cette réaction est endothermique avec ΔH = +14.7 kJ/mol.

Elle absorbe 14.7 kJ d'énergie par mole de NH₄Cl dissous.

Règles appliquées :

ΔH positif : Réaction endothermique (absorbe de l'énergie)

Dissolution : Peut être exothermique ou endothermique

Effet thermique : Baisse de température pour les réactions endothermiques

5 Combustion de l'octane
Définition :

Réaction exothermique : Réaction chimique qui libère de l'énergie sous forme de chaleur.

\(2\text{C}_8\text{H}_{18} + 25\text{O}_2 \rightarrow 16\text{CO}_2 + 18\text{H}_2\text{O}, \Delta H = -10942 \text{ kJ/mol}\)
2C₈H₁₈ + 25O₂
Réactifs
16CO₂ + 18H₂O
Produits
Profil énergétique :

ΔH = -10942 kJ/mol (négatif) → réaction exothermique

L'énergie des produits est inférieure à celle des réactifs

10942 kJ sont libérés par mole de réaction

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = -10942 kJ/mol

La valeur est très négative, donc la réaction libère beaucoup d'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Combustion complète d'un hydrocarbure (l'octane)

Composant principal de l'essence

Étape 3 : Interpréter l'énergie libérée

10942 kJ sont libérés pour chaque mole de réaction

Énorme quantité d'énergie libérée

Étape 4 : Applications pratiques

Source d'énergie dans les moteurs à essence

Très exothermique, donc bonne source d'énergie

Réponse finale :

Cette réaction est exothermique avec ΔH = -10942 kJ/mol.

Elle libère 10942 kJ d'énergie par mole de réaction.

Règles appliquées :

ΔH très négatif : Réaction très exothermique

Combustion d'hydrocarbures : Libère beaucoup d'énergie

Essence : Source d'énergie pour les véhicules

Corrigé : Exercices 6 à 10
6 Décomposition du chlorate de potassium
Définition :

Réaction endothermique : Réaction chimique qui absorbe de l'énergie sous forme de chaleur.

\(2\text{KClO}_3 \rightarrow 2\text{KCl} + 3\text{O}_2, \Delta H = +89.4 \text{ kJ/mol}\)
2KClO₃
Réactifs
2KCl + 3O₂
Produits
Profil énergétique :

ΔH = +89.4 kJ/mol (positif) → réaction endothermique

L'énergie des produits est supérieure à celle des réactifs

89.4 kJ sont absorbés par mole de réaction

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = +89.4 kJ/mol

La valeur est positive, donc la réaction absorbe de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Décomposition d'un composé (chlorate de potassium)

Processus qui nécessite de la chaleur

Étape 3 : Interpréter l'énergie absorbée

89.4 kJ sont absorbés pour chaque mole de réaction

Nécessite un apport d'énergie pour se produire

Étape 4 : Applications pratiques

Utilisée pour produire du dioxygène

Nécessite un catalyseur (souvent MnO₂) pour réduire Ea

Réponse finale :

Cette réaction est endothermique avec ΔH = +89.4 kJ/mol.

Elle absorbe 89.4 kJ d'énergie par mole de réaction.

Règles appliquées :

ΔH positif : Réaction endothermique (absorbe de l'énergie)

Décomposition : Souvent endothermique

Catalyseur : Réduit l'énergie d'activation mais pas ΔH

7 Réaction de précipitation
Définition :

Réaction exothermique : Réaction chimique qui libère de l'énergie sous forme de chaleur.

\(\text{AgNO}_3 + \text{NaCl} \rightarrow \text{AgCl} + \text{NaNO}_3, \Delta H = -65.5 \text{ kJ/mol}\)
AgNO₃ + NaCl
Réactifs
AgCl + NaNO₃
Produits
Profil énergétique :

ΔH = -65.5 kJ/mol (négatif) → réaction exothermique

L'énergie des produits est inférieure à celle des réactifs

65.5 kJ sont libérés par mole de réaction

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = -65.5 kJ/mol

La valeur est négative, donc la réaction libère de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Réaction de précipitation (formation d'un solide insoluble)

AgCl précipite (blanc)

Étape 3 : Interpréter l'énergie libérée

65.5 kJ sont libérés pour chaque mole de réaction

Cela provoque une légère augmentation de température

Étape 4 : Applications pratiques

Test pour détecter les ions chlorure

Formation de précipité blanc

Réponse finale :

Cette réaction est exothermique avec ΔH = -65.5 kJ/mol.

Elle libère 65.5 kJ d'énergie par mole de réaction.

Règles appliquées :

ΔH négatif : Réaction exothermique (libère de l'énergie)

Réaction de précipitation : Souvent exothermique

Test chimique : Formation de précipité pour identification

8 Fusion de la glace
Définition :

Transformation physique endothermique : Changement d'état qui absorbe de l'énergie.

\(\text{H}_2\text{O}(s) \rightarrow \text{H}_2\text{O}(l), \Delta H = +6.01 \text{ kJ/mol}\)
H₂O(s)
Glace
H₂O(l)
Eau liquide
Profil énergétique :

ΔH = +6.01 kJ/mol (positif) → transformation endothermique

L'énergie des produits est supérieure à celle des réactifs

6.01 kJ sont absorbés par mole de glace fondue

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = +6.01 kJ/mol

La valeur est positive, donc la transformation absorbe de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de transformation

Changement d'état physique (fusion)

Solide → Liquide

Étape 3 : Interpréter l'énergie absorbée

6.01 kJ sont absorbés pour chaque mole de glace fondue

L'énergie sert à briser les liaisons entre les molécules

Étape 4 : Observations pratiques

La température reste constante pendant la fusion

L'énergie est utilisée pour le changement d'état, pas pour chauffer

Réponse finale :

Cette transformation est endothermique avec ΔH = +6.01 kJ/mol.

Elle absorbe 6.01 kJ d'énergie par mole de glace fondue.

Règles appliquées :

ΔH positif : Transformation endothermique (absorbe de l'énergie)

Changements d'état : Tous les changements d'état sont endothermiques

Température constante : Pendant le changement d'état

9 Combustion du glucose
Définition :

Réaction exothermique : Réaction chimique qui libère de l'énergie sous forme de chaleur.

\(\text{C}_6\text{H}_{12}\text{O}_6 + 6\text{O}_2 \rightarrow 6\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O}, \Delta H = -2803 \text{ kJ/mol}\)
C₆H₁₂O₆ + 6O₂
Réactifs
6CO₂ + 6H₂O
Produits
Profil énergétique :

ΔH = -2803 kJ/mol (négatif) → réaction exothermique

L'énergie des produits est inférieure à celle des réactifs

2803 kJ sont libérés par mole de glucose brûlé

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = -2803 kJ/mol

La valeur est très négative, donc la réaction libère beaucoup d'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Combustion complète d'un glucide (glucose)

Réaction similaire à la respiration cellulaire

Étape 3 : Interpréter l'énergie libérée

2803 kJ sont libérés pour chaque mole de glucose brûlé

Grande quantité d'énergie disponible

Étape 4 : Applications biologiques

Source d'énergie pour les organismes vivants

Réaction fondamentale de la respiration cellulaire

Réponse finale :

Cette réaction est exothermique avec ΔH = -2803 kJ/mol.

Elle libère 2803 kJ d'énergie par mole de glucose brûlé.

Règles appliquées :

ΔH très négatif : Réaction très exothermique

Glucose : Source d'énergie biologique

Respiration cellulaire : Même bilan énergétique

10 Électrolyse de l'eau
Définition :

Réaction endothermique : Réaction chimique qui absorbe de l'énergie sous forme de chaleur.

\(2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{H}_2 + \text{O}_2, \Delta H = +571.6 \text{ kJ/mol}\)
2H₂O
Réactifs
2H₂ + O₂
Produits
Profil énergétique :

ΔH = +571.6 kJ/mol (positif) → réaction endothermique

L'énergie des produits est supérieure à celle des réactifs

571.6 kJ sont absorbés par mole de réaction

Étape 1 : Analyser la valeur de ΔH

ΔH = +571.6 kJ/mol

La valeur est positive, donc la réaction absorbe de l'énergie

Étape 2 : Identifier le type de réaction

Électrolyse de l'eau (décomposition par courant électrique)

Processus non spontané

Étape 3 : Interpréter l'énergie absorbée

571.6 kJ sont absorbés pour chaque mole de réaction

Nécessite un apport d'énergie électrique

Étape 4 : Applications industrielles

Production d'hydrogène et d'oxygène

Utilisée dans la production d'énergie propre

Réponse finale :

Cette réaction est endothermique avec ΔH = +571.6 kJ/mol.

Elle absorbe 571.6 kJ d'énergie par mole de réaction.

Règles appliquées :

ΔH positif : Réaction endothermique (absorbe de l'énergie)

Électrolyse : Processus non spontané nécessitant de l'énergie

Production d'hydrogène : Source potentielle d'énergie propre

Energy dans les réactions Transformations chimiques