Au programme de ce chapitre
- I. Exothermique ou endothermique ?
- II. D'où vient cette énergie ?
- III. Calculer l'énergie échangée
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Une réaction est exothermique si elle libère de l'énergie (chaleur) vers l'environnement : le milieu se réchauffe. Elle est endothermique si elle absorbe de l'énergie : il faut en fournir en permanence, ou le milieu se refroidit. Une réaction sans effet thermique notable est dite athermique.
Un exemple corrigé
Exemple Combustion de 4,0 g de méthane (M = 16 g/mol) : n = 0,25 mol. Énergie libérée = 0,25 × 802 ≈ 200 kJ.
Décomposition de 1,0 tonne de calcaire CaCO3 (M = 100 g/mol) : n = 1 000 000100 = 10 000 mol. Énergie absorbée = 10 000 × 178 = 1 780 000 kJ ≈ 1,8 GJ. On comprend pourquoi les fours à chaux consomment beaucoup de combustible.
Décomposition de 1,0 tonne de calcaire CaCO3 (M = 100 g/mol) : n = 1 000 000100 = 10 000 mol. Énergie absorbée = 10 000 × 178 = 1 780 000 kJ ≈ 1,8 GJ. On comprend pourquoi les fours à chaux consomment beaucoup de combustible.
Lexique
- exothermique
- qui libère de l'énergie vers l'environnement (ΔH < 0)
- endothermique
- qui absorbe de l'énergie de l'environnement (ΔH > 0)
- variation d'enthalpie ΔH
- énergie échangée par une réaction à pression constante, en kJ/mol
- diagramme énergétique
- schéma qui compare le niveau d'énergie des réactifs et des produits
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — le signe de ΔH et le mot « libérée ». Une réaction qui libère 200 kJ a ΔH = −200 kJ : le signe moins traduit la perte du système. Écrire « l'énergie libérée vaut −200 kJ » est une erreur, tout comme écrire ΔH = +200 kJ pour une combustion.
Piège — oublier que ΔH dépend des coefficients écrits. 2 H2 + O2 → 2 H2O a ΔH = −484 kJ, mais H2 + 12 O2 → H2O a ΔH = −242 kJ. Avant de faire ta règle de trois, regarde pour combien de moles la valeur de ΔH est donnée.
Attention « Exothermique » ne veut pas dire « qui démarre toute seule » : le bois et le gaz brulent en libérant beaucoup d'énergie, mais ils ne s'enflamment pas à température ambiante. Il faut une étincelle ou une flamme pour amorcer la réaction (voir le chapitre sur la vitesse de réaction).
L'astuce du prof
Astuce. Pour retenir le signe : imagine un compte en banque. Une réaction exothermique fait « sortir » de l'énergie du système, donc ΔH est négative ; une réaction endothermique en fait « entrer », donc ΔH est positive.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Chaud ou froid ?
Classe chaque situation comme exothermique ou endothermique : a) le contenu d'une poche de froid instantané (nitrate d'ammonium dissous dans l'eau) passe de 20 °C à 5 °C ; b) une chaufferette à poudre de fer se met à chauffer quand on la sort de son emballage ; c) un four à chaux doit être alimenté en combustible sans arrêt pour décomposer le calcaire.
Voir la correction
Je regarde l'effet sur le milieu. Dans la poche de froid, la température baisse : la dissolution absorbe de l'énergie, elle est endothermique. La chaufferette chauffe : la réaction du fer avec l'oxygène libère de l'énergie, elle est exothermique. Le four à chaux demande un apport continu d'énergie : la décomposition du calcaire est endothermique.
Exercice 2 — Le monoxyde d'azote d'un moteur
Dans un moteur très chaud se produit la réaction N2 + O2 → 2 NO ; ΔH = +180 kJ. Cette réaction est-elle exothermique ou endothermique ? Quelle énergie faut-il fournir pour former 3,0 g de NO (N = 14 ; O = 16) ?
Voir la correction
ΔH est positif, donc la réaction est endothermique : elle absorbe de l'énergie, ce qui explique qu'elle n'ait lieu qu'à haute température. Les 180 kJ correspondent à 2 mol de NO formées. Or n(NO) = 3,0 / 30 = 0,10 mol, donc l'énergie à fournir est 180 × 0,10 / 2 = 9,0 kJ.