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La réaction du gaz à l’eau est une source majeure d’hydrogène gazeux pour des processus industriels. Dans cette réaction, le monoxyde de carbone réagit avec de la vapeur d’eau pour produire du dioxyde de carbone et de l’hydrogène. CO plus H2O réagissent pour former CO2 plus H2. Le tableau donne certaines énergies de liaison. Calcule la variation de l’énergie de liaison totale pour cette réaction, par mole d’hydrogène gazeux produit.
Avant de résoudre le problème, commençons par nous assurer que l’équation chimique donnée est équilibrée. On doit compter le nombre de chaque type d’atome de chaque côté de l’équation. Du côté des réactifs, il y a un atome de carbone dans la molécule de monoxyde de carbone. Et du côté des produits, il y a un atome de carbone dans la molécule de dioxyde de carbone. Donc, les atomes de carbone sont équilibrés.
Regardons les atomes d’hydrogène. Du côté des réactifs, il y a deux atomes d’hydrogène dans la molécule d’eau, et du côté des produits, il y a aussi deux atomes d’hydrogène dans la molécule d’hydrogène. Donc, les atomes d’hydrogène sont bien équilibrés.
Enfin, regardons les atomes d’oxygène. Du côté des réactifs, il y a un atome d’oxygène dans le monoxyde de carbone et un autre atome d’oxygène dans la molécule d’eau pour un total de deux atomes d’oxygène. Du côté des produits, il y a deux atomes d’oxygène dans la molécule de dioxyde de carbone pour un total de deux atomes d’oxygène. Nous avons donc confirmé que l’équation chimique est équilibrée.
Le tableau fourni donne l’énergie de six types de liaisons. Pour identifier quels types de liaisons se trouvent dans les molécules de réactifs et de produits, nous allons devoir dessiner les formules structurales. La molécule de monoxyde de carbone contient une triple liaison carbone-oxygène, et la molécule d’eau contient deux liaisons simples oxygène-hydrogène. Du côté des produits, une molécule de dioxyde de carbone contient deux doubles liaisons carbone-oxygène. Et la molécule d’hydrogène contient une liaison simple hydrogène-hydrogène. Aucune des molécules ne contient de liaison simple carbone-hydrogène ou carbone-oxygène. Nous n’utiliserons donc pas ces énergies de liaison dans notre calcul.
L’énergie de liaison, également appelée enthalpie de liaison, est la quantité moyenne d’énergie nécessaire pour rompre une liaison dans une mole de molécules, et les unités utilisées pour mesurer l’enthalpie de liaison sont les kilojoules par mole. Dans cette question, on nous demande de calculer la variation d’énergie de liaison totale, également appelée variation d’enthalpie de liaison, représentée par le symbole ΔH. Pour calculer la variation d’enthalpie de liaison, on doit faire la somme des énergies de toutes les liaisons dans les molécules de réactif et y soustraire la somme de toutes les énergies des liaisons dans les molécules de produit.
Pour rappel, le système absorbe de l’énergie pour rompre les liaisons des molécules de réactif, et de l’énergie est libérée lorsque de nouvelles liaisons se forment dans les molécules de produit. De l’énergie est absorbée pour rompre une triple liaison carbone-oxygène et deux simples liaisons oxygène-hydrogène dans les molécules de réactif. De l’énergie est libérée lorsque deux doubles liaisons carbone-oxygène et une simple liaison hydrogène-hydrogène se forment dans les molécules de produit.
En utilisant les énergies de liaison du tableau dans l’équation, on trouve que 1 072 kilojoules par mole sont nécessaires pour rompre la triple liaison carbone-oxygène, plus deux fois 459 kilojoules par mole pour rompre les deux liaisons simples oxygène-hydrogène. Quant aux produits, deux fois 799 kilojoules d’énergie par mole sont libérés lorsque deux doubles liaisons carbone-oxygène se forment et 432 kilojoules d’énergie par mole sont libérés lorsqu’une simple liaison hydrogène-hydrogène se forme. Après simplification, on trouve que 1 990 kilojoules par mole est la quantité totale d’énergie nécessaire pour rompre les liaisons dans les molécules de réactif. Et on trouve que 2030 kilojoules par mole est la quantité totale d’énergie libérée lorsque des molécules de produit sont formées.
Après avoir soustrait 2030 kilojoules par mole de 1990 kilojoules par mole, on trouve moins 40 kilojoules par mole. Lorsque la variation d’enthalpie de liaison est négative, cela signifie que la réaction est exothermique. Si nous regardons notre calcul, nous voyons que l’énergie libérée lors de la formation des molécules de produit était supérieure à l’énergie nécessaire pour rompre les liaisons dans les molécules de réactif. La variation de l’énergie de liaison totale pour cette réaction par mole d’hydrogène gazeux produit est de moins 40 kilojoules par mole.
