Le bilan énergétique d'une réaction

Le bilan énergétique est la somme de l'énergie nécessaire pour briser les liaisons chimiques des réactifs et de l'énergie dégagées au moment de la formation des liaisons des produits.

Afin de dresser le bilan énergétique d'une réaction, il faut calculer la variation d'enthalpie associée au bris des liaisions des réactions ainsi que celle associée à la formation des liaisons des produits. Pour ce faire, il faut bien observer chacune des substances en jeu afin de bien cerner les types de liaisons impliquées. Chaque type de liaison possède une énergie de liaison qui lui est propre. Voici deux tableaux présentant différentes énergies de liaison, selon les types d'atome impliqués et selon le type de liaison (simple, double ou triple). Noter que toutes les valeurs sont en kJ/mol.

Il est à noter que si la liaison est du côté des réactifs, son signe sera positif. Si la liaison est du côté des produits, le signe sera alors négatif.

 

Pour calculer le bilan énergétique, il suffit de faire la somme de la variation d'enthalpie associée au bris des liaisions des réactions avec celle associée à la formation des liaisons des produits. On peut représenter ce calcul pour la formule suivante:

ΔH = ΔHréactifs + ΔHproduits

 

Calculez la variation d'enthalpie de cette réaction en faisant le bilan énergétique et déterminer s'il s'agit d'une réaction endothermique ou exothermique.

CH4 (g) + 2 O2(g) → CO2 (g) + 2 H2O(g)

Solution
D'abord, il faut déterminer quels sont les types de liaisons impliquées dans les différentes substances de la réaction.

CH4: Il y a 4 liaisons simples C - H.
2 O2: Il y a 2 liaisons doubles O = O.
CO2: Il y a 2 liaisons doubles C = O.
2 H2O: Il y a 4 liaisons simples O - H.

Ensuite, il faut chercher dans les tableaux précédents les valeurs d'énergie associée à chacune des liaisons.

C - H : 414 kJ/mol
O = O : 498 kJ/mol
C = O : 741 kJ/mol
O - H : 464 kJ/mol

Avec ces valeurs, il sera maintenant possible de déterminer la variation d'enthlapie du côté des réactifs et des produits.

Réactifs : (4 x C - H) + (2 x O = O) = (4 x 414kJ/mol) + (2 x 498kJ/mol)
ΔHréactifs = 2652 kJ.

Produits : - [(2 x C = O) + (4 x O - H)] = - [(2 x 741kJ/mol) + (4 x 464kJ/mol)]
ΔHproduits = - 3338 kJ

Finalement, il ne reste qu'à additionner les deux variations d'enthalpie pour trouver le bilan énergétique.

ΔH = ΔHréactifs + ΔHproduits= 2652 kJ + (- 3338 kJ) = -686 kJ.

La variation d'enthalpie est de -686 kJ, ce qui fait que la réaction est exothermique.

 

Le bilan énergétique peut aussi être représenté de manière graphique à l'aide d'un diagramme énergétique.

Les exercices

Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse