Chapitre 5 La chaleur molaire d’une réaction 5.1 La ... · PDF filechimie – chapitre 5 exercices : corrig

Manuel de l’élève

CHIMIE Exercices : corrigé

CHIMIE – CHAPITRE 5

EXERCICES : CORRIGÉ 1

© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

Chapitre 5 La chaleur molaire d’une réaction

5.1 La calorimétrie

1. Calcul de l’énergie absorbée ou dégagée par le calorimètre

Qcalorimètre = Ccalorimètre T

= 2,312 kJ/ °C 10,0 °C

= 23,12 kJ

Détermination de la chaleur de réaction

Hréaction = Qcalorimètre

= 23,12 kJ

Calcul du nombre de moles

M =m

n

D’où n =m

M

n =0,500 g

44,11 g /mol

= 0,0113 mol

Calcul de la chaleur molaire

? kJ

1 mol=

23,12 kJ

0,113 mol

1 mol 23,12 kJ

0,0113 mol= 2046,02 kJ

La chaleur molaire de combustion du propane est de 2050 kJ/mol .

2. Calcul de la chaleur de réaction

394 kJ

1 mol équivaut à

394 kJ

12,01 g=

? kJ

1,20 g

394 kJ 1,20 g

12,01 g= 39,367 kJ

Détermination de l’énergie absorbée ou dégagée par le calorimètre

Qcalorimètre = Hréaction

= ( 39,367 kJ)

= +39,367 kJ




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

5.1 La calorimétrie (suite)

Calcul de la capacité calorifique du calorimètre


D’où Ccalorimètre =Qcalorimètre

T

Ccalorimètre =+39,367 kJ

7,0 °C

= 5,624 kJ/°C

La capacité calorifique du calorimètre est de 5,62 kJ/°C.

3. a) Calcul de l’énergie absorbée ou dégagée par le calorimètre

Qcalorimètre = meauceau Teau

= 120,0 g 4,19 J/ g°C (35,5 °C 23,0 °C )

= 6285 J



= 6285 J ou 6,285 kJ

La chaleur dégagée par la dissolution est de 6,29 kJ.

b)

? kJ

1 mol équivaut à

? kJ

40,00 g=

6,29 kJ

5,80 g

40,00 g 6,29 kJ

5,80 g= 43,379 kJ

La chaleur molaire de dissolution de l’hydroxyde de sodium est

de 43,4 kJ/mol .

c)

6,29 kJ

5,80 g=

? kJ

1 g

6,29 kJ 1 g

5,80 g= 1,084 kJ

La chaleur massique de dissolution de l’hydroxyde de sodium est de 1,08 kJ/g .

d)

NaOH(s) Na+(aq) + OH (aq) + 43,4 kJ

ou

NaOH(s) Na+(aq) + OH (aq) H = 43,4 kJ




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.




= 25,0 g 4,19 J/ g°C (24,8 °C 17,0 °C )

= 817,05 J



= 817,05 J


? J

1 mol équivaut à

? J

86,84 g=

817,05 J

1,45 g

86,84 g 817,05 J

1,45 g= 48 932,8 J ou –48,9328 kJ

La chaleur molaire de dissolution du bromure de lithium est de 48,9 kJ/mol .

b) LiBr(s) Li+(aq) + Br (aq) + 48,9 kJ

ou

LiBr(s) Li+(aq) + Br (aq) H = 48,9 kJ


38,0 kJ

1 mol équivaut à

38,0 kJ

23,95 g=

? kJ

3,00 g

38,0 kJ 3,00 g

23,95 g= 4,7599 kJ

Détermination de la chaleur absorbée ou dégagée par le calorimètre


= ( 4,7599 kJ) = +4,7599 kJ

Calcul de la variation de température de l’eau


D’où Teau =Qcalorimètre

meauceau

Teau =+4759,9 J

50,0 g 4,19 J/g °C

= 22,7 °C




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.


Calcul de la température finale de l’eau

T = Tf Ti

D’où Tf = T + Ti

= 22,7 °C + 25,0 °C

= 47,7 °C

La température finale du mélange sera de 47,7 °C .

6. a) KOH(s) K+(aq) + OH (aq) + 57,3 kJ

ou

KOH(s) K+(aq) + OH (aq) H = 57,3 kJ

b) KI(s) + 20,4 kJ K+(aq) + I (aq)

ou

KI(s) K+(aq) + I (aq) H = +20,4 kJ

c) NaCl(s) + 3,9 kJ Na+(aq) + Cl (aq)

ou

NaCl(s) Na+(aq) + Cl (aq) H = +3,9 kJ

d) NaNO3(s) + 20,5 kJ Na+(aq) + NO3 (aq)

ou

NaNO3(s) Na+(aq) + NO3 (aq) H = +20,5 kJ

7. Selon le tableau 5.8, la chaleur molaire de dissolution du sulfate de cuivre est de 67,7 kJ/mol.

67,7 kJ

1 mol équivaut à

67,7 kJ

159,62 g=

? kJ

5,00 g

67,7 kJ 5,00 g

159,62 g= 2,12 kJ

La dissolution du sulfate de cuivre dégage 2,12 kJ .

8. Calcul de l’énergie absorbée ou dégagée par le calorimètre


= 500 g 4,19 J/ g°C (4,0 °C 31,0 °C )

= 56 565 J ou 56,565 kJ


Hréaction = –Qcalorimètre

= –(–56 565 J)

= +56 565 J




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.


Calcul de la masse du nitrate de potassium

+34,9 kJ

1 mol équivaut à

+34,9 kJ

101,11 g=

+56,565 kJ

? g

101,11 g 56,565 kJ

34,9 kJ= 163,88 g

Marc-Antoine doit transporter 164 g de nitrate de potassium.

9. a) Mg(OH)2(aq) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + 2 H2O(l)

b) H2SO4(aq) + 2 NaOH(aq) Na2SO4(aq) + 2 H2O(l)



= 100,0 g 4,19 J/ g°C (30,0 °C 24,0 °C )

= +2514 J



= 2514 J ou 2,514 kJ

Calcul du nombre de moles

C =n

V

D’où n = CV

= 1 mol/ L 0,0500 L

= 0,0500 mol


2,514 kJ

0,0500 mol=

? kJ

1 mol

2,514 kJ 1 mol

0,0500 mol= 50,28 kJ

La chaleur molaire de neutralisation du NaOH est de 50,3 kJ/mol.

b)

50,3 kJ

1 mol équivaut à

50,3 kJ

40,00 g=

? kJ

1 g

50,3 kJ 1 g

40,00 g= 1,258 kJ

La chaleur massique de neutralisation du NaOH est de 1,26 kJ/g .




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.


c) HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) + 50,3 kJ

ou

HCl(aq) + NaOH(aq) NaCl(aq) + H2O(l) H = 50,3 kJ

11. Calcul du nombre de moles

C =n

V

D’où n = CV

n = 2 mol/ L 0,200 L

= 0,400 mol

Calcul de la chaleur de réaction

76,6 kJ

2 mol=

? kJ

0,400 mol

76,6 kJ 0,400 mol

2 mol= 15,32 kJ

Hréaction = 15,32 kJ


Qcalorimètre = – Hréaction

= –(–15,32 kJ)

= +15,32 kJ ou 15 320 J

Calcul de la variation de température



meauceau

Teau =15 320 J

300 g 4,19 J/g °C

= 12,19 °C

Calcul de la température finale

T = Tf Ti

D’où Tf = T + Ti

Tf = 22,0 °C + 12,2 °C

= 34,2 °C

La température finale du mélange sera de 34,2 °C.




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

5.2 La loi de Hess

12. a)

Mg(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) + 454 kJ

MgCl2(aq) + H2O(l) + 135 kJ MgO(s) + 2 HCl(aq)

H2(g) +1

2 O2(g) H2O(l) + 286 kJ

Mg(s) +1

2 O2(g) MgO(s) + 605 kJ

b)

HNO3(aq)

1

2 H2(g) +

1

2 N2(g) +

3

2 O2(g) H = +173,2 kJ

1

2 N2(g) +

1

2 O2(g) NO(g) H = +90,3 kJ

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) H = 483,6 kJ

HNO3(aq) +3

2 H2(g) NO(g) + 2 H2O(g) H = 220,1 kJ

c)

C3H8(g) 3 C(s) + 4 H2(g) H = +104 kJ

3 C(s) + 3 O2(g) 3 CO2(g) H = 394 kJ 3 = 1182 kJ

4 H2(g) + 2 O2(g) 4 H2O(g) H = 242 kJ 4 = 968 kJ

C3H8(g) + 5 O2(g) 3 CO2(g) + 4 H2O(g) H = 2046 kJ

13.

C6H6(l) 6 C(s) + 3 H2(g) H = 49,0 kJ

6 C(s) + 6 O2(g) 6 CO2(g) H = 393,5 kJ 6 = 2361,0 kJ

3 H2(g) + 11

2 O2(g) 3 H2O(g) H = 241,8 kJ 3 = 725,4 kJ

C6H6(l) + 71

2 O2(g) 6 CO2(g) + 3 H2O(g) H = 3135,4 kJ

La chaleur de combustion du benzène est de 3135,4 kJ/mol.

14. L’équation globale balancée

C(s) + 2 H2(g) +

1

2 O2(g) CH3OH(l)

CO2(g) + 2 H2O(l) CH3OH(l) + 11

2 O2(g) H = +725,5 kJ

C(s) + O2(g) CO2(g) H = 393,5 kJ

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(l) H = 285,8 kJ 2 = 571,6 kJ

C(s) + 2 H2(g) +1

2 O2(g) CH3OH(l) H = 239,6 kJ

La chaleur molaire de formation de l’alcool méthylique est de 239,6 kJ/mol.




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

5.2 La loi de Hess (suite)

15. a)

C4H10(g) 4 C(s) + 5 H2(g) H = +125,7 kJ

4 C(s) + 4 O2(g) 4 CO2(g) H = 393,5 kJ 4 = 1574,0 kJ

5 H2(g) + 21

2 O2(g) 5 H2O(g) H = 241,8 kJ 5 = 1209,0 kJ

C4H10(g) + 61

2 O2(g) 4 CO2(g) + 5 H2O(g) H = 2657,3 kJ

La chaleur de la réaction est de 2657,3 kJ.

b)

H2S(g) H2(g) + S(s) H = +20,6 kJ

H2(g) + 2 O2(g) + S(s) H2SO4(l) H = 814,0 kJ

H2S(g) + 2 O2(g) H2SO4(l) H = 793,4 kJ

La chaleur de la réaction est de 793,4 kJ .

c) L’équation globale balancée

HCl(g) HCl(aq)

HCl(g)

1

2 H2(g) +

1

2 CI2(g) H = +92,3 kJ

1

2 H2(g) +

1

2 CI2(g) HCl(aq) H = 167,2 kJ

HCl(g) HCl(aq) H = 74,9 kJ

La chaleur de la réaction est de 74,9 kJ.

d) L’équation globale balancée

PCl5(s) PCl5(g)

P(s) +5

2Cl2(g) PCl5(g) H = 374,9 kJ

PCl5(s) P(s) +5

2 Cl2(g) H = +443,5 kJ

PCl5(s) PCl5(g) H = +68,6 kJ

La chaleur de la réaction est de +68,6 kJ.




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

5.2 La loi de Hess (suite)

16.

C6H12O6(s) 6 C(s) + 6 H2(g) + 3 O2(g) H = +1273,3 kJ

6 H2(g) + 3 O2(g) 6 H2O(l) H = 285,8 kJ 6 = 1714,8

6 C(s) + 6 O2(g) 6 CO2(g) H = 393,5 kJ 6 = 2361,0 kJ

C6H12O6(s) + 6 O2(g) 6 CO2(g) + 6 H2O(l) H = 2802,5 kJ

2 802,5 kJ

1 mol équivaut à

2 802,5 kJ

180,18 g=

? kJ

50,0 g

2 802,5 kJ 50,0 g

180,18 g= 777,7 kJ

Une quantité d’énergie de 778 kJ est libérée dans l’organisme.

17. a) Vrai.

b) Faux. L’énergie d’activation de la première étape est de 30 kJ, tandis que celle

de la troisième étape est de 10 kJ.

c) Vrai.

d) Vrai.

e) Faux. L’enthalpie des réactifs de la troisième étape est de 20 kJ.

f) Faux. La variation d’enthalpie de la troisième étape est de 30 kJ .

g) Vrai.

18. C’est le graphique B qui peut illustrer ce mécanisme de réaction, car les deux

premières étapes sont endothermiques, tandis que la troisième et la réaction

globale sont exothermiques.

Exercices sur l’ensemble du chapitre 5



= 5650 J/ °C 3,4 °C

= 19 210 J



= 19 210 J




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

Exercices sur l’ensemble du chapitre 5 (suite)

Calcul de la chaleur massique

? J

1 g=

19 210 J

1,14 g

1 g 19 210 J

1,14 g= 16 850,9 J ou 16,8509 kJ

La chaleur massique de combustion de l’acétone est de 16,9 kJ/g .

b)

? J

1 mol équivaut à

?J

58,09 g=

19 210 J

1,14 g

58,09 g 19 210 J

1,14 g= 978 867,5 J

La chaleur molaire de combustion de l’acétone est de 979 kJ/mol .

20. a)

Ca(OH)2(aq) Ca(s) + O2(g) + H2(g) H = +986,1 kJ

CO2(g) C(s) + O2(g) H = +393,5 kJ

Ca(s) + C(s) + 11

2 O2(g) CaCO3(s) H = 1207 kJ

H2(g) +1

2 O2(g) H2O(l) H = 285,8 kJ

Ca(OH)2(aq) + CO2(g) CaCO3(s) + H2O(l) H = 113,2 kJ

La chaleur molaire de la réaction est de 113 kJ/mol .

b) Cette réaction fait augmenter la température des océans, puisqu’elle

est exothermique.

21. Calcul de l’énergie dégagée par la dissolution du NH3

30,6 kJ

1 mol équivaut à

30,6 kJ

17,04 g=

? kJ

1,00 g

30,6 kJ 1,00 g

17,04 g= 1,80 kJ

Calcul de l’énergie dégagée par la dissolution du NaOH

44,6 kJ

1 mol équivaut à

44,6 kJ

40,00 g=

? kJ

1,00 g

44,6 kJ 1,00 g

40,00 g= 1,12 kJ

C’est la dissolution de 1,00 g d’ammoniac qui dégage le plus d’énergie.




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.



+4,7 kJ

1 mol équivaut à

+4,7 kJ

25,94 g=

? kJ

3,90 g

+4,7 kJ 3,90 g

25,94 g= +0,7066 kJ



= 0,7066 kJ ou 706,6 J




meauceau

Teau =706,6 J

60,0 g 4,19 J/g °C

= 2,81 °C


T = Tf Ti

D’où Tf = T + Ti

Tf = 2,81 °C + 24,4 °C

= 21,59 °C

La température finale de la solution sera de 21,6 °C .

23. L’équation de l’évaporation de l’eau

H2O(l) H2O(g)

H2(g) +1

2 O2(g) H2O(g) H = 241,8 kJ

H2O(l) H2(g) +1

2 O2(g) H = +285,8 kJ

H2O(l) H2O(g) H = +44,0 kJ

+44,0 kJ

1 mol équivaut à

+44,0 kJ

18,02 g=

? kJ

100 g

+44,0 kJ 100 g

18,02 g= +244,17 kJ

Une quantité d’énergie de 244 kJ est absorbée.




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.


24. Calcul du nombre de moles

C =n

V

D’où n = CV

n = 0,1 mol/ L 0,500 L = 0,0500 mol

Calcul de la chaleur de réaction

+22,6 kJ

1 mol =

? kJ

0,0500 mol

+22,6 kJ 0,0500 mol

1 mol= 1,13 kJ

Détermination de la chaleur absorbée ou dégagée par l’eau du mélange

Qeau = Hréaction

= 1,13 kJ ou 1130 J


Qeau = meauceau Teau

D’où Teau =Qeau

meauceau

Teau =1130 J

500 g 4,19 J/g °C= 0,54 °C


T = Tf Ti

D’où Tf = T + Ti

Tf = 0,54 °C + 22,0 °C = 21,5 °C

La température finale du mélange sera de 21,5 °C.

25. Détermination de la chaleur absorbée ou dégagée par le calorimètre


= ( 103 kJ) = +103 kJ

Calcul de la masse d’eau


D’où meau = Qcalorimètre

ceau Teau

meau =103 000 J

4,19 J /g °C 2,8 °C= 8779,4 g

La masse d’eau est de 8800 g ou 8,8 kg.




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.


26 a) Vrai. En effet, l’énergie d’activation est habituellement différente d’une étape

à l’autre.

b) Vrai. En effet, il est possible que l’enthalpie du complexe activé d’une étape soit

plus petite que celle des réactifs de la première étape. L’enthalpie du complexe

activé est alors négative. (Voir un exemple à la figure 5.12.)

27. Le diagramme C peut illustrer ce mécanisme.


Mg(s) + 2 HCl(aq) MgCl2(aq) + H2(g) + 454 kJ

1 mol 454 kJ

24,31 g

0,200 g ? kJ

24,31 g 454 kJ

0,200 g 454 kJ

24,31 g= 3,735 kJ

Hréaction = 3735 J



= ( 3735 J)

= +3735 J

Calcul de la variation de la température de l’eau


D’où Teau = Qcalorimètre

meauceau

Teau =3735 J

100,0 g 4,19 J/ g°C

= 8,9 °C


T = Tf Ti

D’où Tf = T + Ti

Tf = 8,9 °C + 22,5 °C

= 31,4 °C

La température finale de la solution sera de 31,4 °C .




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.


29. a)

Étape 1: 2 A + 3 B A2B3 H = 20 kJ

Étape 2 : A2B3 2 AB + B H = +30 kJ

Étape 3 : 2 AB A2B2 H = 50 kJ

2 A + 2 B A2B2 H = 40 kJ

b)

Défis

30. Calcul de la chaleur molaire de combustion du gaz naturel

CH4(g) C(s) + 2 H2(g) H = +74,8 kJ

2 H2(g) + O2(g) 2 H2O(g) H = 241,8 kJ 2 = 483,6 kJ

C(s) + O2(g) CO2(g) H = 393,5 kJ

CH4(g) + 2 O2(g) 2 H2O(g) + CO2(g) H = 802,3 kJ

La chaleur molaire de combustion du gaz naturel est de –802,3 kJ/mol.

Calcul de la quantité de chaleur absorbée ou dégagée par l’eau

Qeau = meauceau Teau

= 800 kg 4,19 kJ/ kg°C (60 °C 25 °C )

= 117 320 kJ

Calcul de la masse de gaz naturel à brûler

CH4(g) + 2 O2(g) 2 H2O(g) + CO2(g) + 802,3 kJ

1 mol 802,3 kJ

16,05 g

? g 117 320 kJ

16,05 g 802,3 kJ




© E

RP

I R

ep

rod

uctio

n e

t m

od

ificatio

ns a

uto

risé

es u

niq

ue

me

nt

dans

les c

lasse

s o

ù la

co

llectio

n O

PTIO

Nsc

ience

– C

him

ie e

st

utilis

ée

.

Défis (suite)

16,05 g 117 320 kJ

802,3 kJ= 2347,0 g ou 2,3470 kg

Il faut environ 2,3 kg de gaz naturel.

31.

NaOH(s) Na+(aq) + OH (aq) H = 37 kJ

NaOH(aq) + HCl(aq) Na+(aq) + Cl (aq) + H2O(l) H = x

NaOH(s) + HCl(aq) Na+(aq) + Cl (aq) + H2O(l) H = 93 kJ

93 kJ = 37 kJ + x

x = 93 kJ – 37 kJ

= 56 kJ

L’équation de neutralisation est la suivante :

NaOH(aq) + HCl(aq) Na+(aq) + Cl (aq) + H2O(l) H = 56 kJ

Documents

Chapitre 5 La chaleur molaire d’une réaction 5.1 La ... · PDF filechimie – chapitre 5 exercices : corrig