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Vidéo de question : Énergies de liaison du chlorométhane Chimie

Le chlorométhane est produit par la réaction du méthane (CH₄) avec le chlore gazeux en présence de lumière ultraviolette. L’équation de cette réaction est indiquée ici. La réaction de 1,00 mole de méthane libère 104 kJ d’énergie. Les énergies de certaines liaisons dans les réactifs et les produits sont fournies dans le tableau suivant. Calculez l’énergie de la liaison C-Cl, au kilojoule par mole (kJ/mol) près.

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Transcription de vidéo

Le chlorométhane est produit par la réaction du méthane (CH₄) avec le chlore gazeux en présence de lumière ultraviolette. L’équation de cette réaction est indiquée ici. La réaction de 1,00 mole de méthane libère 104 kJ d’énergie. Les énergies de certaines liaisons dans les réactifs et les produits sont fournies dans le tableau suivant. Calculez l’énergie de la liaison C-Cl, au kilojoule par mole près.

Avant de résoudre ce problème, il faut nous assurer que l’équation chimique fournie soit équilibrée. Nous devons compter le nombre de chaque type d’atome présent de chaque côté de l’équation. Du côté des réactifs, il y a quatre atomes d’hydrogène dans la molécule de méthane. Du côté des produits, il y a trois atomes d’hydrogène dans la molécule de chlorométhane plus un atome d’hydrogène supplémentaire dans le chlorure d’hydrogène, ce qui nous donne un total de quatre atomes d’hydrogène. Les atomes d’hydrogène sont donc équilibrés dans l’équation.

Examinons maintenant les atomes de carbone. Du côté des réactifs, il y a un atome de carbone dans la molécule de méthane. Du côté des produits, il y a un atome de carbone dans la molécule de chlorométhane. Les atomes de carbone sont donc eux aussi équilibrés. Finalement, examinons les atomes de chlore. Du côté des réactifs, il y a deux atomes de chlore. Du côté des produits, il y a un atome de chlore dans le chlorométhane plus un atome de chlore supplémentaire dans le chlorure d’hydrogène, ce qui nous donne un total de deux atomes de chlore. Nous pouvons donc confirmer que l’équation chimique fournie est équilibrée.

Nous devons ensuite examiner quelles liaisons spécifiques sont brisées dans les molécules de réactifs au cours de la réaction et quelles nouvelles liaisons sont formées. En examinant de plus près les molécules de réactifs et de produits, nous observons qu’une seule liaison simple carbone-hydrogène dans la molécule de méthane a été brisée et qu’une nouvelle liaison simple carbone-chlore a été formée afin de produire une molécule de chlorométhane. De plus, la liaison simple chlore-chlore dans le chlore diatomique doit également être brisée afin qu’un atome de chlore puisse former une liaison dans la molécule de chlorométhane et que le deuxième atome de chlore puisse former une liaison simple avec l’hydrogène pour produire une molécule de chlorure d’hydrogène.

On nous fournit également un tableau qui répertorie l’énergie de liaison, ou E, pour trois des liaisons que nous avons identifiées dans l’équation. L’énergie de liaison, également appelée enthalpie de liaison, représente la quantité moyenne d’énergie nécessaire pour briser une liaison dans une mole de molécules. Plus spécifiquement, la question vise à calculer l’énergie de la liaison simple carbone-chlore, qui n’est pas fournie dans le tableau. Cependant, nous savons que la réaction libère 104 kilojoules d’énergie pour chaque mole de méthane qui réagit. Cette énergie est connue sous le nom de variation d’enthalpie de liaison pour la réaction et est représentée par le symbole △𝐻. Lorsqu’une réaction libère de l’énergie, elle est considérée comme étant exothermique et nous devons donc utiliser un signe négatif. Nous exprimerons donc l’enthalpie de liaison pour cette réaction par moins 104 kilojoules par mole.

Rappelez-vous que pour calculer la variation d’enthalpie de liaison, nous devons additionner les énergies de liaison de toutes les liaisons brisées et y soustraire la somme des énergies de liaison des liaisons formées. Souvenez-vous que le bris des liaisons absorbe de l’énergie, alors que la formation de nouvelles liaisons libère de l’énergie. La différence entre ces quantités d’énergie représente donc la variation d’enthalpie de liaison. Les deux liaisons brisées au cours de la réaction sont la liaison simple carbone-hydrogène et la liaison simple chlore-chlore. Les deux nouvelles liaisons formées au cours de la réaction sont la liaison simple carbone-chlore et la liaison simple hydrogène-chlore.

Nous pouvons maintenant remplacer les énergies de liaison dans notre équation par les valeurs fournies dans le tableau. Le bris de la liaison simple carbone-hydrogène nécessite 411 kilojoules par mole et le bris de la liaison simple chlore-chlore nécessite 240 kilojoules par mole. L’énergie de liaison pour la liaison simple carbone-chlore représente la valeur que nous cherchons. 428 kilojoules par mole sont libérées au cours de la formation de la liaison simple hydrogène-chlore. Après avoir additionné 411 kilojoules par mole et 240 kilojoules par mole, nous obtenons 651 kilojoules par mole nécessaires pour briser les liaisons. En ce qui concerne les liaisons formées, le signe de soustraction à l'extérieur des parenthèses signifie que nous devons soustraire l’énergie de liaison pour la liaison C-Cl et les 428 kilojoules par mole.

Nous sommes maintenant prêts à regrouper les termes similaires. Soustrayons 428 kilojoules par mole de 651 kilojoules par mole. Le côté droit de notre équation est maintenant de 223 kilojoules par mole moins l’énergie de liaison pour la liaison carbone-chlore. Ensuite, nous devons soustraire 223 kilojoules par mole des deux côtés de notre équation, ce qui nous donne la nouvelle équation suivante. Moins 327 kilojoules par mole est égal à moins l’énergie de la liaison C-Cl. Comme l’énergie de liaison est toujours une valeur positive, nous devons maintenant diviser les deux côtés de notre équation par moins un, ce qui nous donne une valeur de 327 kilojoules par mole pour l’énergie de la liaison simple carbone-chlore.

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