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-Énergie molaire et réactions chimiques
+====== Énergie Molaire et Réactions Chimiques ======
-Prérequis
+===== 1.1 Prérequis =====
 Ce cours nécessite une bonne compréhension des notions de base de la chimie acquises en seconde et en première, notamment :
-* La **masse molaire** et le calcul de la quantité de matière ($n = \frac{m}{M}$).
-* Les **équations chimiques** et l'équilibrage des réactions.
+| **Notion** | **Description** |
-* Les **coefficients stœchiométriques** et leur interprétation en termes de quantités de matière.
+|------------|----------------|
-* La notion de **réaction chimique** et de **transformation chimique**.
+| **Masse molaire** | Calcul de la quantité de matière ($n = \frac{m}{M}$). |
+| **Équations chimiques** | Équilibrage des réactions. |
+| **Coefficients stœchiométriques** | Interprétation en termes de quantités de matière. |
+| **Réaction chimique** | Notion de transformation chimique. |
 Ce chapitre s'inscrit dans la continuité des chapitres sur la structure de la matière et les réactions chimiques. Il permet d'approfondir l'aspect quantitatif des réactions chimiques en introduisant la notion d'énergie molaire.
-Chapitre 1 : Introduction à l'énergie molaire de réaction
+===== 1.2 Introduction à l'Énergie Molaire de Réaction =====
+==== 1.2.1 Définition de l'Énergie Molaire de Réaction ====
+Une **réaction chimique** est souvent accompagnée d'un échange d'énergie avec le milieu extérieur. Cette énergie peut être sous forme de **chaleur**, ce que l'on appelle alors une **réaction exothermique** (énergie libérée) ou **endothermique** (énergie absorbée). L'**énergie molaire de réaction**, notée $\Delta_r H$, représente la quantité d'énergie échangée lors d'une réaction chimique **par mole de réaction**. Elle s'exprime en joules par mole (J/mol) ou en kilojoules par mole (kJ/mol).
+| **Exemple** | **Description** |
+|-------------|----------------|
+| **Combustion du méthane** | $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g)$ |
+| | $\Delta_r H = -890 \, \text{kJ/mol}$ (réaction exothermique) |
+| **Décomposition de l'eau** | $2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g)$ |
+| | $\Delta_r H = +572 \, \text{kJ/mol}$ (réaction endothermique) |
+==== 1.2.2 Calcul Expérimental de l'Énergie Molaire de Réaction ====
-.1 Définition de l'énergie molaire de réaction
+L'énergie molaire de réaction peut être déterminée expérimentalement en utilisant un **calorimètre**. Ce dispositif permet de mesurer la quantité de chaleur échangée lors d'une réaction.
-Une **réaction chimique** est souvent accompagnée d'un échange d'énergie avec le milieu extérieur. Cette énergie peut être sous forme de **chaleur**, ce que l'on appelle alors une **réaction exothermique** (énergie libérée) ou **endothermique** (énergie absorbée). L'**énergie molaire de réaction**, notée $\Delta_r H$, représente la quantité d'énergie échangée lors d'une réaction chimique par mole de réaction. Elle s'exprime en joules par mole (J/mol) ou en kilojoules par mole (kJ/mol).
+**Exemple :** Calcul de l'énergie molaire de combustion du méthanol ($CH_3OH$)
-* *Exemples :**
-// Combustion du méthane : $CH_4(g) + 2O_2(g) \rightarrow CO_2(g) + 2H_2O(g) \qquad \Delta_r H = -890 \, \text{kJ/mol}$ (réaction exothermique)
-// Décomposition de l'eau : $2H_2O(l) \rightarrow 2H_2(g) + O_2(g) \qquad \Delta_r H = +572 \, \text{kJ/mol}$ (réaction endothermique)
-.2 Calcul de l'énergie molaire de réaction à partir de données expérimentales
+On brûle une masse de méthanol dans un calorimètre. La température de l'eau du calorimètre augmente de $\Delta T = 5,0^\circ C$.
-L'énergie molaire de réaction peut être déterminée expérimentalement en utilisant un calorimètre. Ce dispositif permet de mesurer la quantité de chaleur échangée lors d'une réaction.
+| **Données** | **Valeur** |
-* *Exemple :** Calcul de l'énergie molaire de combustion du méthanol ($CH_3OH$)
+|-------------|-------------|
+| Masse d’eau | $m_e = 200 \, \text{g}$ |
+| Capacité thermique massique de l’eau | $c = 4,18 \, \text{J.g}^{-1}.^\circ\text{C}^{-1}$ |
+| Masse de méthanol brûlée | $m_m = 0,50 \, \text{g}$ |
+| Masse molaire du méthanol | $M_m = 32,0 \, \text{g/mol}$ |
-On brûle une masse de méthanol dans un calorimètre. La température de l'eau du calorimètre augmente de $\Delta T = 5,0^\circ C$. La masse d'eau est $m_e = 200 \, \text{g}$. La capacité thermique massique de l'eau est $c = 4,18 \, \text{J.g}^{-1}.^\circ\text{C}^{-1}$. La masse de méthanol brûlée est $m_m = 0,50 \, \text{g}$. La masse molaire du méthanol est $M_m = 32,0 \, \text{g/mol}$.
+| **Calculs** | **Formule** | **Résultat** |
+|-------------|-------------|--------------|
+| Chaleur libérée | $Q = m_e \cdot c \cdot \Delta T$ | $Q = 200 \times 4,18 \times 5,0 = 4180 \, \text{J} = 4,18 \, \text{kJ}$ |
+| | (Réaction exothermique) | $\Delta H = -4,18 \, \text{kJ}$ |
+| Quantité de matière | $n_m = \frac{m_m}{M_m}$ | $n_m = \frac{0,50}{32,0} \approx 0,0156 \, \text{mol}$ |
+| Énergie molaire de réaction | $\Delta_r H = \frac{\Delta H}{n_m}$ | $\Delta_r H = \frac{-4,18}{0,0156} \approx -268 \, \text{kJ/mol}$ |
-La chaleur échangée par l'eau est : $Q = m_e \cdot c \cdot \Delta T = 200 \, \text{g} \times 4,18 \, \text{J.g}^{-1}.^\circ\text{C}^{-1} \times 5,0^\circ C = 4180 \, \text{J} = 4,18 \, \text{kJ}$.
+====== 2. Équations de Réaction de Combustion ======
-Puisqu'il s'agit d'une réaction exothermique, la chaleur dégagée par la réaction est : $\Delta H = -4,18 \, \text{kJ}$
-La quantité de matière de méthanol brûlée est : $n_m = \frac{m_m}{M_m} = \frac{0,50 \, \text{g}}{32,0 \, \text{g/mol}} = 0,0156 \, \text{mol}$.
+===== 2.1 Définition =====
-L'énergie molaire de réaction est : $\Delta_r H = \frac{\Delta H}{n_m} = \frac{-4,18 \, \text{kJ}}{0,0156 \, \text{mol}} \approx -268 \, \text{kJ/mol}$.
+Une **réaction de combustion** est une réaction chimique **exothermique** entre un **combustible** (souvent une molécule organique) et un **comburant** (généralement le dioxygène, $O_2$). Elle produit du **dioxyde de carbone** ($CO_2$), de l'**eau** ($H_2O$), et de la **chaleur**.
-Chapitre 2 : Écriture des équations de réaction de combustion
+===== 2.2 Méthode d’Écriture =====
-Une **réaction de combustion** est une réaction chimique exothermique entre un **combustible** (souvent une molécule organique) et un **comburant** (généralement le dioxygène, $O_2$) qui produit du **dioxyde de carbone** ($CO_2$), de l'**eau** ($H_2O$) et de l'énergie sous forme de chaleur.
+Pour écrire une équation de combustion, il faut :
-Pour écrire l'équation d'une réaction de combustion, il faut :
+| **Étape** | **Description** |
+|-----------|----------------|
+| 1 | Identifier les réactifs : combustible + dioxygène ($O_2$) |
+| 2 | Identifier les produits : $CO_2$, $H_2O$ (et parfois $CO$ ou $C$ en cas de combustion incomplète) |
+| 3 | Équilibrer l’équation chimique avec des coefficients stœchiométriques. |
-. Identifier les réactifs (combustible et comburant).
+**Exemple :** Combustion du propane ($C_3H_8$)
-. Identifier les produits (dioxyde de carbone, eau et éventuellement d'autres produits en cas de combustion incomplète).
+$$C_3H_8(g) + 5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g) + 4H_2O(l)$$
-. Équilibrer l'équation en ajustant les coefficients stœchiométriques pour que le nombre d'atomes de chaque élément soit identique de part et d'autre de la flèche.
-* *Exemple:** combustion du propane ($C_3H_8$)
-$C_3H_8(g) + 5O_2(g) \rightarrow 3CO_2(g) + 4H_2O(l)$
+====== 3. Pouvoir Calorifique d’un Combustible ======
-Chapitre 3 : Pouvoir calorifique d'un combustible
+===== 3.1 Définition =====
-Le **pouvoir calorifique** d'un combustible est l'énergie libérée par la combustion complète d'une unité de masse (en général, 1 kg) de ce combustible. Il s'exprime en kJ/kg.
+Le **pouvoir calorifique** (PCI) est l’énergie libérée par la combustion **complète** d’une unité de masse (en général 1 kg) d’un combustible. Il s’exprime en **kJ/kg**.
-Il est directement lié à l'énergie molaire de réaction. Pour un combustible de formule $C_xH_y$, le pouvoir calorifique peut être approché par la formule suivante (valeur approximative):
+Il est relié à l’énergie molaire de réaction par l’approximation suivante :
-$PCI \approx \frac{\Delta_r H}{M} \times 10^3$
+$$PCI \approx \frac{\Delta_r H}{M} \times 10^3$$
-Où :
+| **Symbole** | **Description** |
+|-------------|----------------|
+| $PCI$ | Pouvoir calorifique inférieur en kJ/kg |
+| $\Delta_r H$ | Énergie molaire de réaction en kJ/mol |
+| $M$ | Masse molaire en g/mol |
-// PCI est le pouvoir calorifique en kJ/kg
+Un **combustible performant** a un **fort pouvoir calorifique**.
-// $\Delta_r H$ est l'énergie molaire de réaction de combustion en kJ/mol
-* M est la masse molaire du combustible en g/mol
-Le pouvoir calorifique est une caractéristique importante pour choisir un combustible : un combustible avec un pouvoir calorifique élevé est plus performant.
+====== 4. Détermination Expérimentale du PCI ======
-Chapitre 4 : Expérience et calcul du pouvoir calorifique d'un combustible expérimental
+===== 4.1 Principe de la Méthode Calorimétrique =====
-On souhaite déterminer le pouvoir calorifique d'un combustible expérimental. On utilise un calorimètre de type bombe calorimétrique. On mesure la variation de température de l’eau dans le calorimètre après la combustion d'une masse connue du combustible.
+On utilise un calorimètre (ex. bombe calorimétrique) pour mesurer la **variation de température** de l’eau après combustion d’une **masse connue** du combustible.
-* *Expérience :**
-. Peser précisément une masse $m_c$ de combustible expérimental.
+===== 4.2 Protocole =====
-. Placer le combustible dans la bombe calorimétrique.
-. Introduire une quantité d’eau connue ($m_e$) dans le calorimètre.
-. Mesurer la température initiale de l’eau ($T_i$).
-. Déclencher la combustion du combustible.
-. Mesurer la température finale de l’eau ($T_f$).
-. Calculer la variation de température $\Delta T = T_f - T_i$.
-* *Calculs :**
-La chaleur dégagée par la combustion du combustible est absorbée par l’eau :
+| **Étape** | **Description** |
+|-----------|----------------|
+| 1 | Peser une masse $m_c$ de combustible. |
+| 2 | Placer le combustible dans la bombe calorimétrique. |
+| 3 | Ajouter une masse d’eau $m_e$ connue. |
+| 4 | Mesurer la température initiale $T_i$. |
+| 5 | Enflammer le combustible. |
+| 6 | Mesurer la température finale $T_f$. |
+| 7 | Calculer $\Delta T = T_f - T_i$. |
-$Q = m_e \cdot c \cdot \Delta T$
+===== 4.3 Calculs =====
-où $c$ est la capacité thermique massique de l’eau (environ 4,18 J.g⁻¹.°C⁻¹).
+| **Calcul** | **Formule** |
+|------------|-------------|
+| Chaleur libérée | $Q = m_e \cdot c \cdot \Delta T$ |
+| | ($c = 4,18 \, \text{J.g}^{-1}.^\circ\text{C}^{-1}$) |
+| Pouvoir calorifique | $PCI = \frac{Q}{m_c}$ |
-Le pouvoir calorifique PCI du combustible est alors :
+**Exemple :**
+| **Donnée** | **Valeur** |
+|------------|-------------|
+| $m_c$ | $0,5 \, \text{g}$ |
+| $m_e$ | $200 \, \text{g}$ |
+| $\Delta T$ | $10^\circ C$ |
-$PCI = \frac{Q}{m_c}$
+| **Calcul** | **Résultat** |
-* *Exemple :** si $m_c = 0,5 \, g$, $m_e = 200 \, g$, et $\Delta T = 10 °C$, on a :
+|------------|-------------|
+| $Q = 200 \times 4,18 \times 10$ | $Q = 8360 \, \text{J} = 8,36 \, \text{kJ}$ |
+| $PCI = \frac{8,36 \, \text{kJ}}{0,5 \, \text{g}}$ | $PCI = 16720 \, \text{kJ/kg}$ |
-$Q = 200 \, \text{g} \times 4,18 \, \text{J.g}^{-1}.^\circ\text{C}^{-1} \times 10^\circ C = 8360 \, \text{J} = 8,36 \, \text{kJ}$
+====== 5. Résumé ======
-$PCI = \frac{8,36 \, \text{kJ}}{0,5 \, \text{g}} = 16720 \, \text{kJ/kg}$
+| **Concept** | **Description** |
+|------------|----------------|
+| **Énergie molaire de réaction** ($\Delta_r H$) | Énergie échangée par mole (J/mol ou kJ/mol) — négative si exothermique, positive si endothermique. |
+| **Réaction de combustion** | Exothermique, entre combustible et $O_2$, produisant $CO_2$, $H_2O$ et chaleur. |
+| **Pouvoir calorifique (PCI)** | Énergie libérée par 1 kg de combustible. Approximation : $PCI \approx \frac{\Delta_r H}{M} \times 10^3$ |
+| **Chapitre 1** | Définition et détermination expérimentale de $\Delta_r H$. |
+| **Chapitre 2** | Écriture et équilibrage des réactions de combustion. |
+| **Chapitre 3** | Définition et usage du PCI. |
+| **Chapitre 4** | Méthode calorimétrique de détermination du PCI. |
-Résumé
-* **Énergie molaire de réaction ($\Delta_r H$)**: Quantité d'énergie échangée lors d'une réaction chimique par mole de réaction (J/mol ou kJ/mol). Une valeur négative indique une réaction exothermique, une valeur positive une réaction endothermique.
-* **Réaction de combustion**: Réaction exothermique entre un combustible et un comburant (souvent $O_2$) produisant $CO_2$, $H_2O$ et de la chaleur.
-* **Pouvoir calorifique (PCI)**: Énergie libérée par la combustion complète de 1 kg de combustible (kJ/kg). $PCI \approx \frac{\Delta_r H}{M} \times 10^3$ (approximation).
-* **Chapitre 1**: Définition et calcul de l'énergie molaire de réaction à partir de données expérimentales.
-* **Chapitre 2**: Écriture et équilibrage des équations de réaction de combustion.
-* **Chapitre 3**: Définition et importance du pouvoir calorifique d'un combustible.
-* **Chapitre 4**: Méthode expérimentale (calorimétrie) et calcul du pouvoir calorifique.