De la Thermodynamique aux Procédés : concepts et simulations.

Chaleur de réaction

On donne les enthalpies de formation à 25°C et les enthalpies de vaporisation de l'éthanol, de l'acide acétique, de l'eau et de l'acétate d'éthyle :

données à 25°C

(25°C) (J/mol)

(25°C) (J/mol)

Éthanol

-234 950

42542

Acide acétique

-432 800

23420

Eau

-241 814

43869

Acétate d'éthyle

-444 500

35661

Question

Calculez la chaleur globale de la réaction d'etérification de l'éthanol avec l'acide acétique, à 25°C ; a) en phase vapeur b) en phase liquide, supposée idéale. La réaction est-elle exothermique ou endothermique ?

Indice

Pour la réaction en phase vapeur (basse pression), le calcul est immédiat. Pour le calcul en phase liquide, il suffit de se souvenir que l'enthalpie molaire du liquide est donnée par : (pour transformer la vapeur en liquide, il faut lui soutirer son enthalpie de vaporisation).

Solution

La réaction s'écrit :

On numérote les constituants : 1=éthanol, 2=acide acétique, 3=eau, 4=acétate d'éthyle.

La chaleur globale de réaction en phase gaz (parfait) est aussi l'enthalpie standard de réaction :

Application numérique :

La transformation des réactifs en produits ne peut se faire à température constante qu'en évacuant de la chaleur (la chaleur de réaction est négative) : cela signifie que la réaction est exothermique.

En phase liquide, la chaleur de réaction est définie par : et l'enthalpie molaire du liquide est égale à l'enthalpie molaire de la vapeur à laquelle on soustrait l'enthalpie de vaporisation :

Comme on dispose des enthalpies standard (gaz parfait) et des enthalpies de vaporisation à 25°C, le calcul est immédiat :

.

Question

Calculez la quantité de chaleur absorbée lorsqu'on mélange, à pression atmosphérique et en maintenant la température égale à 25°C, une mole d'éthanol et une mole d'acide acétique, et qu'on laisse le système atteindre l'équilibre : a) en phase vapeur ; b) en phase liquide, supposée idéale

Indice

Pour calculer la chaleur effectivement absorbée lors de l'évolution vers l'état d'équilibre, il faut se servir des avancements à l'équilibre calculée dans l'exercice Estérification[1].

Solution

En fait, lorsqu'on fait la réaction en phase gaz, nous avons calculé auparavant que l'avancement à l'équilibre est : ( à 25°C).

L'état initial est défini par le mélange : 1 mole d'éthanol + 1 mole d'acide acétique, d'enthalpie totale :

L'état final est un mélange de mole d'éthanol, mole d'acidé acétique, mole d'eau et mole d'acétate d'éthyle. Son enthalpie totale est donc :

La chaleur absorbée lors de la transformation (à pression constante) est :

Application numérique :

En phase liquide, on ferait exactement le même raisonnement, mais en utilisant les enthalpies molaires liquides, et l'avancement de la réaction en phase liquide ( ) et on aurait :

  1. En savoir plus...
Jacques Schwartzentruber (EMAC) Paternité - Pas d'Utilisation Commerciale - Partage des Conditions Initiales à l'IdentiqueRéalisé avec Scenari (nouvelle fenêtre)