Thermochimie

AP Chimie · Topic 6 · ⁨Sujet 6⁩

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6.1

Endothermic and Exothermic Processes · ⁨Processus endothermiques et exothermiques⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.1.A: Explain the relationship between experimental observations and energy changes associated with a chemical or physical transformation.

6.1.A.1 Temperature changes in a system indicate energy changes.
6.1.A.2 Energy changes in a system can be described as endothermic and exothermic processes such as the heating or cooling of a substance, phase changes, or chemical transformations.
6.1.A.3 When a chemical reaction occurs, the energy of the system either decreases (exothermic reaction), increases (endothermic reaction), or remains the same. For exothermic reactions, the energy lost by the reacting species (system) is gained by the surroundings, as heat transfer from or work done by the system. Likewise, for endothermic reactions, the system gains energy from the surroundings by heat transfer to or work done on the system.
6.1.A.4 The formation of a solution may be an exothermic or endothermic process, depending on the relative strengths of intermolecular/interparticle interactions before and after the dissolution process.

Français

Objectif d'apprentissage 6.1.A : Expliquer la relation entre les observations expérimentales et les changements d'énergie associés à une transformation chimique ou physique.

6.1.A.1 Les changements de température dans un système indiquent des changements d'énergie.
6.1.A.2 Les changements d'énergie dans un système peuvent être décrits comme des processus endothermiques et exothermiques tels que le chauffage ou le refroidissement d'une substance, les changements de phase ou les transformations chimiques.
6.1.A.3 Lorsqu'une réaction chimique se produit, l'énergie du système diminue (réaction exothermique), augmente (réaction endothermique) ou reste la même. Pour les réactions exothermiques, l'énergie perdue par les espèces réagissantes (système) est gagnée par l'environnement, par transfert de chaleur ou travail effectué par le système. De même, pour les réactions endothermiques, le système gagne de l'énergie de l'environnement par transfert de chaleur vers ou travail effectué sur le système.
6.1.A.4 La formation d'une solution peut être un processus exothermique ou endothermique, selon les forces relatives des interactions intermoléculaires/interparticulaires avant et après le processus de dissolution.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Thermochemistry 热化学 tracks energy in reactions. A process is exothermic 放热 if it releases energy to the surroundings (feels hot, $\Delta H<0$) and endothermic 吸热 if it absorbs energy (feels cold, $\Delta H>0$). Breaking bonds costs energy; forming bonds releases it – the net decides the sign.

Français

Pack froid instantané : les processus endothermiques absorbent la chaleur de l'environnement

Thermochimie 热化学 suit l'énergie dans les réactions. Un processus est exothermique 放热 s'il libère de l'énergie vers l'environnement (chauffe, $\Delta H<0$) et endothermique 吸热 s'il absorbe de l'énergie (rafraîchit, $\Delta H>0$). Casser des liaisons coûte de l'énergie ; former des liaisons en libère — le bilan détermine le signe.

Une réaction exothermique chauffe l'environnement ; une endothermique le refroidit

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Comparer les profils endothermiques et exothermiques

Une réaction exothermique libère de l'énergie (produits plus bas que les réactifs, $\Delta H<0$) ; une réaction endothermique en absorbe. Le pic est l'énergie d'activation.

6.2

Energy Diagrams · ⁨Diagrammes énergétiques⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.2.A: Represent a chemical or physical transformation with an energy diagram.

6.2.A.1 A physical or chemical process can be described with an energy diagram that shows the endothermic or exothermic nature of that process.

Français

Objectif d'apprentissage 6.2.A : Représenter une transformation chimique ou physique par un diagramme énergétique.

6.2.A.1 Un processus physique ou chimique peut être décrit par un diagramme énergétique montrant la nature endothermique ou exothermique de ce processus.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

An energy diagram plots energy from reactants to products. Reactants above products means exothermic; below means endothermic. The vertical gap between them is the enthalpy change $\Delta H$.

Français

Un diagramme énergétique trace l'énergie des réactifs aux produits. Les réactifs au-dessus des produits signifie exothermique ; en dessous signifie endothermique. L'écart vertical entre eux est le changement d'enthalpie $\Delta H$.

Diagrammes énergétiques : les produits exothermiques sont situés sous les réactifs, endothermiques au-dessus

6.3

Heat Transfer and Thermal Equilibrium · ⁨Transfert de chaleur et équilibre thermique⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.3.A: Explain the relationship between the transfer of thermal energy and molecular collisions.

6.3.A.1 The particles in a warmer body have a greater average kinetic energy than those in a cooler body.
6.3.A.2 Collisions between particles in thermal contact can result in the transfer of energy. This process is called "heat transfer," "heat exchange," or "transfer of energy as heat."
6.3.A.3 Eventually, thermal equilibrium is reached as the particles continue to collide. At thermal equilibrium, the average kinetic energy of both bodies is the same, and hence, their temperatures are the same.

Français

Objectif d'apprentissage 6.3.A : Expliquer la relation entre le transfert d'énergie thermique et les collisions moléculaires.

6.3.A.1 Les particules d'un corps plus chaud ont une énergie cinétique moyenne supérieure à celles d'un corps plus froid.
6.3.A.2 Les collisions entre particules en contact thermique peuvent entraîner un transfert d'énergie. Ce processus est appelé « transfert de chaleur », « échange de chaleur » ou « transfert d'énergie sous forme de chaleur »."
6.3.A.3 Finalement, l'équilibre thermique est atteint lorsque les particules continuent de collisonner. À l'équilibre thermique, l'énergie cinétique moyenne des deux corps est la même, et donc leurs températures sont identiques.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Heat 热量 flows from hot to cold until objects reach thermal equilibrium 热平衡 (equal temperature). Energy is conserved: the heat lost by the hot object equals the heat gained by the cold one.

Français

Chaleur 热量 circule du chaud vers le froid jusqu'à ce que les objets atteignent l'équilibre thermique 热平衡 (température égale). L'énergie est conservée : la chaleur perdue par l'objet chaud est égale à celle gagnée par l'objet froid.

6.4

Heat Capacity and Calorimetry · ⁨Capacité calorifique et calorimétrie⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.4.A: Calculate the heat $q$ absorbed or released by a system undergoing heating/cooling based on the amount of the substance, the heat capacity, and the change in temperature.

6.4.A.1 The heating of a cool body by a warmer body is an important form of energy transfer between two systems. The amount of heat transferred between two bodies may be quantified by the heat transfer equation:
- Equation: $q = mc\Delta T$.
Calorimetry experiments are used to measure the transfer of heat.
6.4.A.2 The first law of thermodynamics states that energy is conserved in chemical and physical processes.
6.4.A.3 The transfer of a given amount of thermal energy will not produce the same temperature change in equal masses of matter with differing specific heat capacities.
6.4.A.4 Heating a system increases the energy of the system, while cooling a system decreases the energy of the system.
6.4.A.5 The specific heat capacity of a substance and the molar heat capacity are both used in energy calculations.
6.4.A.6 Chemical systems change their energy through three main processes: heating/cooling, phase transitions, and chemical reactions.
6.4.A.7 In calorimetry experiments involving dissolution, temperature changes of the mixture within the calorimeter can be used to determine the direction of energy flow. If the temperature of the mixture increases, thermal energy is released by the dissolution process (exothermic). If the temperature of the mixture decreases, thermal energy is absorbed by the dissolution process (endothermic).

Français

Objectif d'apprentissage 6.4.A : Calculer la chaleur $q$ absorbée ou dégagée par un système subissant un chauffage/refroidissement en fonction de la quantité de substance, de la capacité calorifique et du changement de température.

6.4.A.1 Le chauffage d'un corps froid par un corps chaud est une forme importante de transfert d'énergie entre deux systèmes. La quantité de chaleur transférée entre deux corps peut être quantifiée par l'équation de transfert de chaleur :
- Équation : $q = mc\Delta T$.
Les expériences de calorimétrie sont utilisées pour mesurer le transfert de chaleur.
6.4.A.2 La première loi de la thermodynamique stipule que l'énergie est conservée dans les processus chimiques et physiques.
6.4.A.3 Le transfert d'une quantité donnée d'énergie thermique ne produira pas le même changement de température dans des masses égales de matière ayant des capacités calorifiques massiques différentes.
6.4.A.4 Chauffer un système augmente l'énergie du système, tandis que refroidir un système diminue l'énergie du système.
6.4.A.5 La capacité calorifique massique d'une substance et la capacité calorifique molaire sont toutes deux utilisées dans les calculs énergétiques.
6.4.A.6 Les systèmes chimiques changent leur énergie par trois processus principaux : chauffage/refroidissement, transitions de phase et réactions chimiques.
6.4.A.7 Dans les expériences de calorimétrie impliquant la dissolution, les changements de température du mélange dans le calorimètre peuvent être utilisés pour déterminer la direction du flux d'énergie. Si la température du mélange augmente, l'énergie thermique est dégagée par le processus de dissolution (exothermique). Si la température du mélange diminue, l'énergie thermique est absorbée par le processus de dissolution (endothermique).

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

The heat to change a substance's temperature is

$$q=mc\,\Delta T,$$

where $c$ is the specific heat 比热容 (energy per gram per degree). Calorimetry 量热法 measures a reaction's heat by tracking the temperature change of surrounding water: the heat the water gains equals the heat the reaction releases.

Worked example. A reaction in a coffee-cup calorimeter warms $100\ \text{g}$ of water by $8.0\,{}^{\circ}\text{C}$ ($c=4.18\ \text{J/(g}\,{}^{\circ}\text{C)}$). The heat absorbed by the water is

$$q=mc\,\Delta T=100\times4.18\times8.0=3.3\times10^{3}\ \text{J}.$$

By energy conservation the reaction released this $3.3\ \text{kJ}$, so it is exothermic ($q_{\text{rxn}}=-3.3\ \text{kJ}$).

Français

La chaleur nécessaire pour changer la température d'une substance est

$$q=mc\,\Delta T,$$

où $c$ est la capacité calorifique massique 比热容 (énergie par gramme par degré). Calorimétrie 量热法 mesure la chaleur d'une réaction en suivant le changement de température de l'eau environnante : la chaleur gagnée par l'eau est égale à celle dégagée par la réaction.

Calorimétrie : mesurer le changement de température d'une masse connue de solution

Exemple résolu. Une réaction dans un calorimètre à tasse à café réchauffe $100\ \text{g}$ d'eau de $8.0\,{}^{\circ}\text{C}$ ($c=4.18\ \text{J/(g}\,{}^{\circ}\text{C)}$). La chaleur absorbée par l'eau est

$$q=mc\,\Delta T=100\times4.18\times8.0=3.3\times10^{3}\ \text{J}.$$

Par conservation de l'énergie, la réaction a dégagé cette $3.3\ \text{kJ}$, donc elle est exothermique ($q_{\text{rxn}}=-3.3\ \text{kJ}$).

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La chaleur affecte différents matériaux

$Q=mc\Delta T$ : une chaleur spécifique élevée (comme celle de l'eau) signifie beaucoup d'énergie pour une petite augmentation de température. Comparez les matériaux pour la même entrée de chaleur.

Vocabulary · ⁨Vocabulaire⁩ Train · ⁨Entrainer⁩

English · ⁨Anglais⁩	Chinese · ⁨Chinois⁩	Pinyin
Thermochemistry/ˈθɜːməkemɪstri/	热化学	rè huà xué
exothermic/eɡzəˈðɜːmɪk/	放热	fàng rè
endothermic/ˌendəʊˈθɜːmɪk/	吸热	xī rè
Heat/hiːt/	热量	rè liàng
thermal equilibrium/ˈθɜːml ˌiːkwɪˈlɪbrɪəm/	热平衡	rè píng héng
specific heat/spəˈsɪfɪk hiːt/	比热容	bǐ rè róng
Calorimetry/ˌkælɔːˈrɪmətri/	量热法	liàng rè fǎ
phase change/feɪz tʃeɪndʒ/	相变	xiāng biàn
enthalpy of reaction/enˈθælpi ɒv rɪˈækʃn/	反应焓	fǎn yìng hán
state function/steɪt ˈfʌŋkʃn/	状态函数	zhuàng tài hán shù
standard enthalpy of formation/ˈstændəd enˈθælpi ɒv fɔːˈmeɪʃn/	生成焓	shēng chéng hán
Hess's law/ˈhesɪz lɔː/	盖斯定律	gài sī dìng lǜ

6.5

Energy of Phase Changes · ⁨Énergie des changements de phase⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.5.A: Explain changes in the heat $q$ absorbed or released by a system undergoing a phase transition based on the amount of the substance in moles and the molar enthalpy of the phase transition.

6.5.A.1 Energy must be transferred to a system to cause a substance to melt (or boil). The energy of the system therefore increases as the system undergoes a solid-to-liquid (or liquid-to-gas) phase transition. Likewise, a system releases energy when it freezes (or condenses). The energy of the system decreases as the system undergoes a liquid-to-solid (or gas-to-liquid) phase transition. The temperature of a pure substance remains constant during a phase change.
6.5.A.2 The energy absorbed during a phase change is equal to the energy released during a complementary phase change in the opposite direction. For example, the molar enthalpy of condensation of a substance is equal to the negative of its molar enthalpy of vaporization. Similarly, the molar enthalpy of fusion can be used to calculate the energy absorbed when melting a substance and the energy released when freezing a substance.

Français

Objectif d'apprentissage 6.5.A : Expliquer les variations de la chaleur $q$ absorbée ou dégagée par un système subissant une transition de phase en fonction de la quantité de substance en moles et de l'enthalpie molaire de la transition de phase.

6.5.A.1 De l'énergie doit être transférée à un système pour faire fondre (ou bouillir) une substance. L'énergie du système augmente donc lorsque le système subit une transition de phase solide-liquide (ou liquide-gaz). Inversement, un système libère de l'énergie lorsqu'il gèle (ou condense). L'énergie du système diminue lorsque le système subit une transition de phase liquide-solide (ou gaz-liquide). La température d'une substance pure reste constante lors d'un changement de phase.
6.5.A.2 L'énergie absorbée lors d'un changement de phase est égale à l'énergie dégagée lors d'un changement de phase complémentaire dans le sens inverse. Par exemple, l'enthalpie molaire de condensation d'une substance est égale à l'opposé de son enthalpie molaire de vaporisation. De même, l'enthalpie molaire de fusion peut être utilisée pour calculer l'énergie absorbée lors de la fusion d'une substance et l'énergie dégagée lors de sa congélation.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

During a phase change 相变 (melting, boiling) the temperature stays constant while heat goes into breaking intermolecular forces, not raising kinetic energy. The energy needed is $q=n\,\Delta H_{\text{fus}}$ (melting) or $q=n\,\Delta H_{\text{vap}}$ (boiling) – the flat steps on a heating curve.

Français

Lors d'un changement de phase 相变 (fusion, ébullition), la température reste constante pendant que la chaleur sert à briser les forces intermoléculaires, sans augmenter l'énergie cinétique. L'énergie requise est $q=n\,\Delta H_{\text{fus}}$ (fusion) ou $q=n\,\Delta H_{\text{vap}}$ (ébullition) — les paliers plats sur une courbe de chauffage.

Vapeur d'eau bouillante : les changements de phase absorbent ou dégagent de l'énergie à température constante

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Chaleur à travers un changement de phase

Pendant un changement de phase, la température reste plate tandis que l'énergie rompt les liaisons — la chaleur latente. Observez les plateaux à la fusion et à l'ébullition.

6.6

Introduction to Enthalpy of Reaction · ⁨Introduction à l'enthalpie de réaction⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.6.A: Calculate the heat $q$ absorbed or released by a system undergoing a chemical reaction in relationship to the amount of the reacting substance in moles and the molar enthalpy of reaction.

6.6.A.1 The enthalpy change of a reaction gives the amount of heat energy released (for negative values) or absorbed (for positive values) by a chemical reaction at constant pressure.
6.6.A.2 When the products of a reaction are at a different temperature than their surroundings, they exchange energy with the surroundings to reach thermal equilibrium. Thermal energy is transferred to the surroundings as the reactants convert to products in an exothermic reaction. Thermal energy is transferred from the surroundings as the reactants convert to products in an endothermic reaction.
6.6.A.3 The chemical potential energy of the products of a reaction is different from that of the reactants because of the breaking and forming of bonds. The energy difference results in a change in the kinetic energy of the particles, which manifests as a temperature change.
- Exclusion Statement: The technical distinctions between enthalpy and internal energy will not be assessed on the AP Exam. Most reactions studied at the AP level are carried out at constant pressure, where the enthalpy change of the process is equal to the heat (and by extension, the energy) of reaction.

Français

Objectif d'apprentissage 6.6.A : Calculer la chaleur $q$ absorbée ou dégagée par un système subissant une réaction chimique en relation avec la quantité de substance réagissante en moles et l'enthalpie molaire de réaction.

6.6.A.1 Le changement d'enthalpie d'une réaction donne la quantité d'énergie thermique dégagée (pour les valeurs négatives) ou absorbée (pour les valeurs positives) par une réaction chimique à pression constante.
6.6.A.2 Lorsque les produits d'une réaction sont à une température différente de celle de leur environnement, ils échangent de l'énergie avec cet environnement pour atteindre l'équilibre thermique. L'énergie thermique est transférée vers l'environnement alors que les réactifs se transforment en produits dans une réaction exothermique. L'énergie thermique est transférée depuis l'environnement alors que les réactifs se transforment en produits dans une réaction endothermique.
6.6.A.3 L'énergie potentielle chimique des produits d'une réaction est différente de celle des réactifs en raison de la rupture et de la formation de liaisons. La différence d'énergie entraîne un changement de l'énergie cinétique des particules, ce qui se manifeste par une variation de température.
- Énoncé d'exclusion : Les distinctions techniques entre enthalpie et énergie interne ne seront pas évaluées à l'examen AP. La plupart des réactions étudiées au niveau AP sont menées à pression constante, où le changement d'enthalpie du processus est égal à la chaleur (et par extension, l'énergie) de réaction.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

The enthalpy of reaction 反应焓 $\Delta H_{\text{rxn}}$ is the heat released or absorbed at constant pressure. Because enthalpy is a state function 状态函数, $\Delta H$ depends only on the initial and final states, not the path taken – the key that makes the next three methods work.

Français

L'enthalpie de réaction 反应焓 $\Delta H_{\text{rxn}}$ est la chaleur dégagée ou absorbée à pression constante. Comme l'enthalpie est une fonction d'état 状态函数, $\Delta H$ ne dépend que des états initial et final, pas du chemin suivi — c'est la clé qui rend possible les trois méthodes suivantes.

6.7

Bond Enthalpies · ⁨Énergies de liaison⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.7.A: Calculate the enthalpy change of a reaction based on the average bond energies of bonds broken and formed in the reaction.

6.7.A.1 During a chemical reaction, bonds are broken and/or formed, and these events change the potential energy of the system.
6.7.A.2 The average energy required to break all of the bonds in the reactant molecules can be estimated by adding up the average bond energies of all the bonds in the reactant molecules. Likewise, the average energy released in forming the bonds in the product molecules can be estimated. If the energy released is greater than the energy required, the reaction is exothermic. If the energy required is greater than the energy released, the reaction is endothermic.

Français

Objectif d'apprentissage 6.7.A : Calculer le changement d'enthalpie d'une réaction basé sur les énergies de liaison moyennes des liaisons rompues et formées dans la réaction.

6.7.A.1 Lors d'une réaction chimique, des liaisons sont rompues et/ou formées, et ces événements modifient l'énergie potentielle du système.
6.7.A.2 L'énergie moyenne requise pour rompre toutes les liaisons des molécules de réactifs peut être estimée en additionnant les énergies de liaison moyennes de toutes les liaisons des molécules de réactifs. De même, l'énergie moyenne dégagée lors de la formation des liaisons des molécules de produits peut être estimée. Si l'énergie dégagée est supérieure à l'énergie requise, la réaction est exothermique. Si l'énergie requise est supérieure à l'énergie dégagée, la réaction est endothermique.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

One way to estimate $\Delta H$: sum the energy to break all reactant bonds, then subtract the energy released forming product bonds:

$$\Delta H \approx \sum (\text{bonds broken}) - \sum (\text{bonds formed}).$$

This is an approximation, since bond enthalpies are averages.

Worked example. Estimate $\Delta H$ for $\text{H}_2+\text{Cl}_2\rightarrow2\text{HCl}$ using bond enthalpies H–H $=436$, Cl–Cl $=242$, H–Cl $=431\ \text{kJ/mol}$. Break both reactant bonds ($436+242=678$) and form two H–Cl bonds ($2\times431=862$):

$$\Delta H\approx 678-862=-184\ \text{kJ},$$

exothermic, because the strong H–Cl bonds formed release more than the reactant bonds cost.

Français

Une façon d'estimer $\Delta H$ : additionner l'énergie pour casser toutes les liaisons des réactifs, puis soustraire l'énergie libérée lors de la formation des liaisons des produits :

$$\Delta H \approx \sum (\text{bonds broken}) - \sum (\text{bonds formed}).$$

Ceci est une approximation, car les énergies de liaison sont des moyennes.

Casser des liaisons absorbe de l'énergie ; former des liaisons la libère

Exemple résolu. Estimer $\Delta H$ pour $\text{H}_2+\text{Cl}_2\rightarrow2\text{HCl}$ en utilisant les énergies de liaison H–H $=436$, Cl–Cl $=242$, H–Cl $=431\ \text{kJ/mol}$. Casser les deux liaisons des réactifs ($436+242=678$) et former deux liaisons H–Cl ($2\times431=862$) :

$$\Delta H\approx 678-862=-184\ \text{kJ},$$

exothermique, car les fortes liaisons H–Cl formées libèrent plus que le coût des liaisons des réactifs.

6.8

Enthalpy of Formation · ⁨Enthalpie de formation⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.8.A: Calculate the enthalpy change for a chemical or physical process based on the standard enthalpies of formation.

6.8.A.1 Tables of standard enthalpies of formation can be used to calculate the standard enthalpies of reactions.
- Equation: $\Delta H^{\circ}_{reaction} = \Sigma \Delta H^{\circ}_{f\ products} - \Sigma \Delta H^{\circ}_{f\ reactants}$

Français

Objectif d'apprentissage 6.8.A : Calculer le changement d'enthalpie d'un processus chimique ou physique basé sur les enthalpies standards de formation.

6.8.A.1 Les tableaux d'enthalpies standards de formation peuvent être utilisés pour calculer les enthalpies standards de réaction.
- Équation : $\Delta H^{\circ}_{reaction} = \Sigma \Delta H^{\circ}_{f\ products} - \Sigma \Delta H^{\circ}_{f\ reactants}$

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

The standard enthalpy of formation 生成焓 $\Delta H_f^\circ$ is the enthalpy to make one mole of a compound from its elements (zero for an element in its standard state). Then

$$\Delta H_{\text{rxn}}^\circ = \sum \Delta H_f^\circ(\text{products}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{reactants}).$$

Worked example. Find $\Delta H_{\text{rxn}}^\circ$ for burning methane, $\text{CH}_4+2\text{O}_2\rightarrow\text{CO}_2+2\text{H}_2\text{O}$, given $\Delta H_f^\circ$: CH$_4=-75$, CO$_2=-394$, H$_2$O$=-286\ \text{kJ/mol}$ (O$_2=0$). Products minus reactants:

$$\Delta H_{\text{rxn}}^\circ=[-394+2(-286)]-[-75+0]=-966+75=-891\ \text{kJ},$$

a large release, as expected for a combustion.

Français

L'enthalpie standard de formation 生成焓 $\Delta H_f^\circ$ est l'enthalpie nécessaire pour former une mole d'un composé à partir de ses éléments (zéro pour un élément dans son état standard). Ensuite

$$\Delta H_{\text{rxn}}^\circ = \sum \Delta H_f^\circ(\text{products}) - \sum \Delta H_f^\circ(\text{reactants}).$$

Formation forme un composé à partir de ses éléments ; combustion le brûle dans l'oxygène

Exemple résolu. Trouver $\Delta H_{\text{rxn}}^\circ$ pour la combustion du méthane, $\text{CH}_4+2\text{O}_2\rightarrow\text{CO}_2+2\text{H}_2\text{O}$, sachant $\Delta H_f^\circ$ : CH$_4=-75$, CO$_2=-394$, H$_2$O$=-286\ \text{kJ/mol}$ (O$_2=0$). Produits moins réactifs :

$$\Delta H_{\text{rxn}}^\circ=[-394+2(-286)]-[-75+0]=-966+75=-891\ \text{kJ},$$

une grande libération, comme attendu pour une combustion.

6.9

Hess's Law · ⁨Loi de Hess⁩

Syllabus · ⁨Programme⁩

English

Learning Objective 6.9.A: Represent a chemical or physical process as a sequence of steps.

6.9.A.1 Many processes can be broken down into a series of steps. Each step in the series has its own energy change.

Learning Objective 6.9.B: Explain the relationship between the enthalpy of a chemical or physical process and the sum of the enthalpies of the individual steps.

6.9.B.1 Because total energy is conserved (first law of thermodynamics), and each individual reaction in a sequence transfers thermal energy to or from the surroundings, the net thermal energy transferred in the sequence will be equal to the sum of the thermal energy transfers in each of the steps. These thermal energy transfers are the result of potential energy changes among the species in the reaction sequence; thus, at constant pressure, the enthalpy change of the overall process is equal to the sum of the enthalpy changes of the individual steps.
6.9.B.2 The following are essential principles of Hess's law:
- i. When a reaction is reversed, the enthalpy change stays constant in magnitude but becomes reversed in mathematical sign.
- ii. When a reaction is multiplied by a factor $c$, the enthalpy change is multiplied by the same factor $c$.
- iii. When two (or more) reactions are added to obtain an overall reaction, the individual enthalpy changes of each reaction are added to obtain the net enthalpy change of the overall reaction.
- Exclusion Statement: The concept of state functions will not be assessed on the AP Exam.

Français

Objectif d'apprentissage 6.9.A : Représenter un processus chimique ou physique comme une séquence d'étapes.

6.9.A.1 De nombreux processus peuvent être décomposés en une série d'étapes. Chaque étape de la série a son propre changement d'énergie.

Objectif d'apprentissage 6.9.B : Expliquer la relation entre l'enthalpie d'un processus chimique ou physique et la somme des enthalpies des étapes individuelles.

6.9.B.1 Puisque l'énergie totale est conservée (première loi de la thermodynamique), et que chaque réaction individuelle dans une séquence transfère de l'énergie thermique vers ou depuis l'environnement, l'énergie thermique nette transférée dans la séquence sera égale à la somme des transferts d'énergie thermique dans chacune des étapes. Ces transferts d'énergie thermique résultent de changements d'énergie potentielle parmi les espèces de la séquence de réaction ; ainsi, à pression constante, le changement d'enthalpie du processus global est égal à la somme des changements d'enthalpie des étapes individuelles.
6.9.B.2 Les principes essentiels suivants régissent la loi de Hess :
- i. Lorsqu'une réaction est inversée, le changement d'enthalpie reste constant en magnitude mais s'inverse mathématiquement.
- ii. Lorsqu'une réaction est multipliée par un facteur $c$, le changement d'enthalpie est multiplié par le même facteur $c$.
- iii. Lorsqu'on additionne deux (ou plusieurs) réactions pour obtenir une réaction globale, les changements d'enthalpie individuels de chaque réaction sont additionnés pour obtenir le changement d'enthalpie net de la réaction globale.
- Énoncé d'exclusion : Le concept de fonctions d'état ne sera pas évalué à l'examen AP.

Source: College Board AP Course and Exam Description · ⁨Source : Description du cours et de l'examen AP College Board⁩

English

Hess's law: the route does not matter

Hess's law 盖斯定律: if a reaction is the sum of several steps, its $\Delta H$ is the sum of the steps' $\Delta H$ values. Reverse a step and flip the sign; scale a step and scale its $\Delta H$. This lets you find a hard-to-measure $\Delta H$ by combining known reactions – a frequent exam calculation.

Français

Loi de Hess : le parcours n'a pas d'importance

Loi de Hess 盖斯定律 : si une réaction est la somme de plusieurs étapes, sa $\Delta H$ est la somme des $\Delta H$ de ces étapes. Inverser une étape change le signe ; multiplier une étape multiplie aussi sa $\Delta H$. Cela permet de trouver une $\Delta H$ difficile à mesurer en combinant des réactions connues — un calcul d'examen fréquent.

Loi de Hess : les chemins directs et indirects donnent la même variation totale d'enthalpie

6.9

Exam tips · ⁨Conseils d'examen⁩

English

An exothermic reaction has $\Delta H<0$ (feels hot); endothermic has $\Delta H>0$ — always give $\Delta H$ a sign and units.
In calorimetry use $q=mc\,\Delta T$ with the mass of the water/solution; the reaction releases what the water gains.
Bond enthalpies: $\Delta H\approx\sum(\text{bonds broken})-\sum(\text{bonds made})$ — breaking is endothermic, making is exothermic (the classic sign trap).
Hess's law: the total $\Delta H$ is the sum of the steps' — reverse a step and flip the sign, scale a step and scale $\Delta H$.
During a phase change the temperature stays constant while energy goes into the forces between particles.

Français

Une réaction exothermique a $\Delta H<0$ (semble chaude) ; endothermique a $\Delta H>0$ — donnez toujours à $\Delta H$ un signe et des unités.
En calorimétrie utiliser $q=mc\,\Delta T$ avec la masse de l'eau/solution ; la réaction dégage ce que l'eau gagne.
Énergies de liaison : $\Delta H\approx\sum(\text{bonds broken})-\sum(\text{bonds made})$ — casser est endothermique, former est exothermique (le piège classique des signes).
Loi de Hess : la $\Delta H$ totale est la somme des étapes — inverser une étape change le signe, multiplier une étape multiplie $\Delta H$.
Lors d'un changement de phase, la température reste constante tandis que l'énergie va aux forces entre particules.

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