Loi de Hess

Énoncé de la loi de Hess

La loi de Hess sur la sommation de la chaleur constante stipule que le changement total d’enthalpie dans une réaction particulière est constant, qu’elle se produise en une étape ou plus.

Explication de la loi de Hess

Selon la loi de Hess, si A réagit pour former le produit B, peu importe le nombre d’étapes pour obtenir le produit, le changement d’enthalpie total sera le même. Ainsi, la réaction peut se produire en une seule étape où le changement d’enthalpie est ΔH1. Si elle se produit en deux étapes, les changements d’enthalpie de ces deux étapes sont ΔH2 et ΔH3. Si elle se fait en trois étapes, les changements d’enthalpie sont ΔH4 , ΔH5 et ΔH6.

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Donc, selon la loi,

ΔH1 = ΔH2 + ΔH3 = ΔH4 + ΔH5 + ΔH6

Exemple

La formation du dioxyde de carbone à partir du carbone et de l’oxygène peut se faire en une étape ou en deux étapes. En deux étapes, il peut se former via la production de monoxyde de carbone.

En une étape,

C(s) + O2(g) → CO2 ΔH1 = -393 kJ/mol ………………(i)

En deux étapes,

Étape 1 : C(s) + 1/2O2(g) → CO ΔH2 = -111 kJ/mol

Étape 2 : CO(g) + 1/2O2(g) → CO2 ΔH3 = -282 kJ/mol
_____________________________________
Modification globale : C(s) + O2(g) → CO2 ΔH2+3 = -393 kJ/mol = ΔH1

Ceci est identique à l’équation (i) et le changement de chaleur correspond également à cela. Donc, ΔH1 = ΔH2+3.

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On prouve donc que la loi de Hess est vraie.

Applications

En utilisant la loi de Hess, on peut calculer l’enthalpie d’une réaction particulière. Parfois, il est impossible de la mesurer d’une autre manière.

Calcul de l’enthalpie de formation

La variation d’enthalpie de formation peut être calculée si nous connaissons l’enthalpie de formation des réactifs et des produits. Comme par exemple, l’éthène gazeux et le chlorure d’hydrogène gazeux réagissent pour former du chloroéthane gazeux.

C2H4(g) + HCl(g) → C2H5Cl(g) ΔHf = ? kJ/mol ……………..(ii)

Le changement d’enthalpie de formation de cette réaction doit être calculé. Nous pouvons la calculer en connaissant la chaleur de formation du gaz éthène, du gaz chlorure d’hydrogène et du gaz chloroéthane à partir de ses éléments.

2C(s) + 2H2(g) → C2H4(g) ΔHf1 = +52,2 kJ/mol……………….(iii)

1/2H2(g) + 1/2Cl2(g) → HCl(g) ΔHf2 = -92.3 kJ/mol…………(iv)

2C(s) + 2,5H2(g) + 1/2Cl2 → C2H5Cl(g) ΔHf3 = -109 kJ/mol………..(v)

Donc, en additionnant (iii) et (iv), on obtient

2C(s) + 2,5H2(g) + 2Cl2(g) → C2H4(g) + HCl(g) ΔHf1+f2 = -40.1 kJ/mol…………(vi)

En soustrayant (vi) de (v), on obtient

C2H4(g) + HCl(g) → C2H5Cl(g) ΔHf = -68,9 kJ/mol ………………(vii)

L’équation (ii) et (vii) sont identiques, donc la variation d’enthalpie de formation du chloroéthane gazeux à partir de l’éthène gazeux et du chlorure d’hydrogène gazeux est de -68.9 kJ/mol.

Calcul de l’enthalpie de formation à partir de l’enthalpie de combustion

Le changement d’enthalpie de formation peut être calculé si nous connaissons l’enthalpie de combustion des réactifs et des produits. Comme par exemple, le carbone solide et l’hydrogène gazeux réagissent pour former du méthane gazeux.

C(s) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH1 = ? kJ/mol ……………..(viii)

Le changement d’enthalpie de formation de cette réaction doit être calculé. Nous pouvons la calculer en connaissant la chaleur de combustion du carbone, de l’hydrogène et du méthane.

C(s) + O2(g) → CO2(g) ΔHc1 = -393,7 kJ/mol………………..(ix)

H2(g) + 1/2O2(g) → H2O(l) ΔHc2 = -285.7 kJ/mol…………(x)

CH4(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔHc3 = -890.3 kJ/mol………..(xi)

Donc, en faisant (ix) + , on obtient

C(s) + 2H2(g) + 2O2(g) → CO2(g) + 2H2O(l) ΔH2 = -965.1 kJ/mol…………(xii)

En soustrayant (xi) de (xii), on obtient

C(s) + 2H2(g) → CH4(g) ΔH1 = -74.8 kJ/mol…………(xiii)

L’équation (viii) et (xiii) sont identiques, donc le changement d’enthalpie de la formation du gaz méthane à partir du carbone et de l’hydrogène est de -74,8 kJ/mol.

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