Mais comment se fait-il que certaines molécules contiennent plus d’énergie que d’autres ? L’énergie contenue dans une molécule dépend des liaisons chimiques qui unissent ses atomes. Ainsi : • la rupture d’une liaison nécessite de l’énergie ; • la formation d’une liaison libère de l’énergie. La figure 3.3 illustre le bilan énergétique d’une réaction endothermique, basé sur la rupture et la formation de liaisons chimiques. De plus, la stœchiométrie nous permet de calculer la quantité d’énergie requise ou libérée au cours d’une réaction chimique. L’exemple ci-dessous illustre un de ces calculs.
Énergie (kJ) 2000
1856
Absorbe 1856 kJ
1000
488 0
Dégage 1368 kJ
2 H2 + O2 2 H2O Progression de la réaction
Figure 3.3 Le bilan énergétique de la décomposition de l’eau L’énergie nécessaire pour briser les liaisons chimiques des molécules d’eau est supérieure à l’énergie libérée lors de la formation des molécules de H2 et d’O2. Bilan : la réaction nécessite un apport constant d’énergie pour avoir lieu, soit 488 kJ pour 2 moles d’eau.
exemple Les calculs suivants permettent de déterminer la quantité d’énergie E nécessaire à l’électrolyse de 1 L (soit environ 1 kg) d’eau, sachant que 2 H2O(l) 1 488 kJ 2 H2(g) 1 O2(g). À titre comparatif, 1 kJ correspond à l’énergie nécessaire pour faire bouillir 3 ml d’eau. Données mH O 5 1 kg 5 1000 g MH O 5 18,02 g/mol E5? 2
2
Calculs 1. Calculer le nombre de moles d’eau impliquées : mH O nH O 5 MH O 1000 g nH O 5 18,02 g/mol nH O 5 55,49 mol 2
2
2
2
2
3.3.2
2. Calculer l’énergie requise à l’aide d’une proportion : 2 mol de H2O 488 kJ 5 55,49 mol de H2O E 55,49 mol 3 488 kJ E5 2 mol E 5 13 539,56 kJ, soit l’équivalent de l’énergie nécessaire pour bouillir 4,5 L d’eau
L’oxydation et la combustion
Qu’y a-t-il de commun entre un boulon en train de rouiller et une allumette en train de brûler ? Les deux phénomènes sont en réalité des réactions chimiques semblables. Ce sont des réactions d’ oxydation (voir la figure 3.4). Oxydation : Réaction chimique impliquant comme réactif l’oxygène ou une substance qui se comporte comme l’oxygène.
La combustion d’une allumette C6H10O5 + 6 O2(g) 6 CO2(g) + 5 H2O(g) + Énergie
La formation de la rouille 4 Fe(s) + 3 O2(g) 2 Fe2O3(s) + Énergie
La respiration cellulaire C6H12O6 + 6 O2(g) 6 CO2(g) + 6 H2O(g) + Énergie
Figure 3.4 Quelques réactions d’oxydation © 2016, Les Éditions CEC inc. • Reproduction interdite
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