Le but de ce module est destiné à utiliser des notions de thermodynamique, introduites dans le cours de physique, à des systèmes sièges d’une réaction chimique.

Le cadre de l’étude est restreint aux réactions supposées (ou considérées) totales et l’essentiel des connaissances à acquérir porte sur le calcul du transfert thermique (chaleur) lors de ces réactions.

Il est donc nécessaire de préciser les grandeurs physico-chimiques liées à ces phénomènes.

Contenus des enseignements :

• Premier principe de la thermodynamique appliqué au système chimique.

Modèles utilisés pour étudier les transformations

• Réacteurs isobares ou isochores, réacteurs isothermes ou adiabatiques,
• Quantité de chaleur mise en jeu lors d’une évolution isochore ou isobare (transferts thermiques). (Modèles cités pour faire le lien avec le cours de physique),
• Lien entre Énergie de réaction et Enthalpie de réaction.

• Grandeurs molaires standard de réaction

• États standard d’un constituant pur : gaz parfait et état condensé ; grandeur molaire standard (Δ_rU°, Δ_rH°, Δ_rC_p°),
• Système fermé siège d’une transformation physico-chimique.
• Signe de Δ_rH° : définition d’une réaction endothermique ou exothermique, (ou athermique).

Dans la suite du module, on privilégie l’étude des transformations isobares et donc l’enthapie par rapport à l’énergie interne.

• Effets thermiques en réacteur isobare :

• Transfert thermique en réacteur isobare isotherme (relation ΔH = Q_p = x.Δ_rH°, pour un ensemble de gaz parfaits et/ou de corps purs),
• Variation de température en réacteur adiabatique isobare (bilan enthalpique et échauffement du réacteur siège d’une réaction exothermique).

• Détermination de grandeurs thermodynamiques appliquées à l’étude des systèmes chimiques

• Déterminer une enthalpie de réaction grâce aux enthalpies de formation (loi de Hess) et grâce à un cycle thermodynamique,
• Savoir utiliser les tables thermodynamiques,
• On définit les différentes enthalpies standard (combustion, de changement d’état, de liaison, réticulaire, d’attachement électronique, d’ionisation),
• On détermine une enthalpie ou une énergie de réaction à une température donnée (Loi de Kirchhoff),
• On détermine une température de flamme ou d’explosion adiabatique.

Le contenu de l’enseignement se répartit comme suit :

› Paramètres de description d’un système chimique – vocabulaire et définitions ;

› Application de premier principe de la thermodynamique aux réactions chimiques ;

› Définitions de grandeurs couramment utilisées en Thermochimie – Cycles thermodynamiques ;

› Exemples de bilans énergétiques dans des systèmes sièges d’une réaction chimique avec variation de température.

Étude de la cinétique d’un point de vue macroscopique

1. Définition de la vitesse d’une réaction chimique et de l’ordre d’une réaction (lorsqu’il existe),
2. Étude des ordres simples : 0,1,2. ;
3. Exploitation des résultats expérimentaux : méthode intégrale et méthode différentielle,
4. Diverses méthodes expérimentales pour suivre la vitesse d’une réaction.

Mise en application au cours d’un TP de suivi de vitesse d’une réaction chimique (à température contrôlée). Mesure, exploitation et analyse des résultats.

À la fin de cette UE, vous serez capable de :

• Utiliser des tables de données pour déterminer une enthalpie de réaction grâce à un cycle thermodynamique (loi de Hess et loi de Hess généralisée).
• Mettre en œuvre, le calcul de l’énergie interne standard et l’enthalpie standard de réaction pour une température quelconque (loi deKirshhoff). Ces deux grandeurs de réaction sont à la base de l’étude de la transformation chimique.
• Mettre en œuvre, sur les systèmes chimiques, la notion de bilan enthalpique pour accéder aux effets thermiques en réacteur isobare. (Le cas du réacteur isochore sera abordé sous forme d’exercice mais non développé).
• Définir la vitesse d’une réaction chimique et l’ordre d’une réaction,
• Lister les diverses méthodes expérimentales permettant de suivre la vitesse d’une réaction,
• Comprendre les deux méthodes mathématiques (méthode intégrale et méthode différentielle) permettant de déduire l’ordre et la vitesse d’une réaction à partir de résultats expérimentaux,
• Mettre en œuvre le traitement mathématique adéquat à des résultats expérimentaux en vue d’en déduire la vitesse de la réaction chimique.

Baccalauréat.

Session unique : 100% Contrôle Continu Intégral.

L’évaluation continue intégrale se base sur un ensemble d’évaluations sous des formes et des modalités diverses : contrôles écrits, oraux, études de cas, QCM, contrôles de leçons…

Poursuites possibles : 

UE de L2 Physique-Chimie : Thermochimie 2, Étude des mécanismes réactionnels au niveau moléculaire.