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Vidéo de question : Variations de l’énergie de liaison lors du vaporeformage du méthane Chimie

L’hydrogène gazeux utilisé dans les procédés industriels est généralement produit par vaporeformage (reformage à la vapeur) du méthane (CH₄). Dans ce processus réversible, le méthane réagit avec la vapeur d’eau pour produire de l’hydrogène et du monoxyde de carbone (CO). Les énergies des liaisons impliquées sont répertoriées dans le tableau. a) Donnez une équation chimique équilibrée pour cette réaction. b) Calculez la variation totale de l’énergie de liaison pour cette réaction, par mole d’hydrogène gazeux produite.

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Transcription de vidéo

L’hydrogène gazeux utilisé dans les procédés industriels est généralement produit par vaporeformage (reformage à la vapeur) du méthane, ou CH4. Dans ce processus réversible, le méthane réagit avec la vapeur d’eau pour produire de l’hydrogène et du monoxyde de carbone, CO. Les énergies des liaisons impliquées sont répertoriées dans le tableau. Donnez une équation chimique équilibrée pour cette réaction.

On nous dit que nous avons du méthane qui réagit avec la vapeur d’eau pour reformer de l’hydrogène et du monoxyde de carbone. Ainsi, nos réactifs sont le méthane, CH4, et la vapeur ou l’eau sous forme de gaz, H2O. Et ils réagissent pour former de l’hydrogène gazeux, H2, et du monoxyde de carbone, CO. Maintenant que nous avons identifié les produits et les réactifs pour cette réaction, équilibrons cette équation.

Nous avons un carbone dans les réactifs et un carbone dans les produits. Nous avons six atomes d’hydrogène dans les réactifs, mais seulement deux atomes d’hydrogène dans les produits. Et nous avons un atome d’oxygène à la fois dans les réactifs et dans les produits. Puisque tout est équilibré de chaque côté, à l’exception de la quantité d’atomes d’hydrogène du côté des produits, H2 devrait avoir un coefficient stœchiométrique de trois. Donc, maintenant que notre équation est équilibrée, nous allons voir que l’équation chimique de cette réaction est : CH4 plus H2O réagissent pour former 3H2 plus CO.

Calculez la variation totale de l’énergie de liaisons pour cette réaction, par mole d’hydrogène gazeux produite.

Lors d’une réaction chimique, les liaisons entre les atomes des réactifs sont rompues. Il faut de l’énergie pour rompre ces liaisons chimiques. Nous appelons cette énergie « l’énergie de liaison », et elle est souvent donnée par mole de liaisons rompues. Lorsque les produits sont formés à partir des atomes individuels, de nouvelles liaisons sont créées. Lorsqu’une nouvelle liaison chimique est formée, elle libère de l’énergie. Ainsi, par exemple, il faudra 432 kilojoules d’énergie pour rompre une mole de liaisons H–H. Donc, si une mole de liaisons H–H se formait, l’énergie libérée serait de 432 kilojoules.

Ainsi, nous serons en mesure de trouver la variation de l’énergie de liaison pour cette réaction en additionnant les énergies de liaison des liaisons rompues pendant la réaction, et en soustrayant la somme des énergies de liaison qui se sont formées pendant la réaction. L’énergie des liaisons formées est soustraite car cette énergie est libérée. Puisque les liaisons des réactifs sont rompues alors que les liaisons des produits sont formées, nous pourrions également penser à cela comme l’énergie de liaison des réactifs moins l’énergie de liaison des produits.

Avant de calculer la variation de l’énergie de liaison pour cette réaction, il serait utile de dessiner les structures de chaque molécule de la réaction, afin de savoir quelles sont nos liaisons. Donc, voici les structures de chacun de nos produits et de chacun de nos réactifs. Alors, maintenant, trouvons la variation de l’énergie de liaison. Le méthane a quatre liaisons C–H, qui ont chacune une énergie de liaison de 411 kilojoules par mole. L’eau a deux liaisons O–H, qui ont chacune une énergie de liaison de 495 kilojoules par mole. Nous avons trois atomes d’hydrogène dans cette réaction. Chacun a une liaison H–H qui a une énergie de liaison de 432 kilojoules par mole. Enfin, le monoxyde de carbone a une triple liaison C≡O, qui a une énergie de liaison de 1 072 kilojoules par mole. En faisant le calcul, nous obtenons 194 kilojoules par mole.

On nous demandait qu’elle est l’énergie de liaison par mole d’hydrogène gazeux produite. Et nous avons calculé la variation totale de l’énergie de liaison d’après notre équation chimique équilibrée qui contient trois moles d’hydrogène gazeux. Donc, pour trouver la variation totale de l’énergie de liaison pour cette réaction par mole d’hydrogène gazeux produite, nous devons diviser le nombre que nous venons de trouver par trois, ce qui nous donne 65 kilojoules par mole.

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