Plan de Cours | Méthodologie Traditionnelle | Thermochimie : Loi de Hess

Objectifs

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape du plan de cours vise à présenter aux élèves la Loi de Hess, un outil essentiel en Thermochimie, et à montrer comment elle peut être utilisée pour calculer l'enthalpie des réactions chimiques. En définissant clairement les objectifs, les élèves comprendront ce qui est attendu d'eux et comment ils appliqueront ces connaissances à des problèmes pratiques.

Objectifs Principaux

1. Expliquer la Loi de Hess et son application en Thermochimie.

2. Démontrer comment utiliser la Loi de Hess pour calculer l'enthalpie des réactions chimiques.

Introduction

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape a pour but d'introduire le thème du cours de manière intéressante et informative, fournissant aux élèves un contexte clair sur l'importance de la Thermochimie et de la Loi de Hess. En présentant des curiosités et des applications pratiques, l'objectif est de capter l'attention des élèves et de les motiver à apprendre le contenu abordé.

Contexte

Pour commencer le cours sur la Loi de Hess, il est important de contextualiser les élèves sur le concept général de Thermochimie. Expliquez que la Thermochimie est la branche de la Chimie qui étudie les échanges d'énergie, principalement sous forme de chaleur, qui se produisent lors des réactions chimiques. Soulignez qu'une des grandes questions en Chimie est de déterminer la quantité d'énergie impliquée dans ces réactions, ce qui est fondamental pour diverses applications industrielles et scientifiques.

Curiosités

La Loi de Hess est largement utilisée dans l'industrie chimique pour calculer l'énergie nécessaire à la production de composés chimiques à grande échelle. Par exemple, lors de la synthèse de l'ammoniac (NH₃) par le processus Haber-Bosch, la Loi de Hess est essentielle pour comprendre et optimiser les conditions de production, économisant ainsi énergie et coûts. De plus, cette loi est également appliquée dans les études de combustibles et dans le développement de matériaux plus efficaces pour le stockage de l'énergie.

Développement

Durée: (40 - 50 minutes)

Cette étape du plan de cours a pour but d'approfondir les connaissances des élèves sur la Loi de Hess par la présentation détaillée des concepts et par la pratique de la résolution de problèmes. En abordant les sujets essentiels et en fournissant des exemples pratiques, l'enseignant s'assure que les élèves comprennent comment appliquer la Loi de Hess pour calculer l'enthalpie des réactions chimiques, développant ainsi leurs compétences analytiques et de résolution de problèmes en Thermochimie.

Sujets Couverts

1. Définition de la Loi de Hess : Expliquez que la Loi de Hess affirme que la variation d'enthalpie d'une réaction chimique est la même, indépendamment du chemin suivi par la réaction, à condition que les états initial et final soient les mêmes. Soulignez que cette loi est une conséquence directe de la première loi de la thermodynamique. 2. Enthalpie de Formation : Précisez que l'enthalpie de formation est la variation d'enthalpie lorsque un mole d'un composé est formée à partir de ses éléments dans l'état standard. Fournissez des exemples de tableaux d'enthalpie de formation et comment ils sont utilisés dans les calculs. 3. Application de la Loi de Hess : Montrez comment utiliser la Loi de Hess pour calculer l'enthalpie d'une réaction. Utilisez des exemples de réactions où l'enthalpie peut être obtenue en additionnant les enthalpies de réactions intermédiaires. Expliquez étape par étape, montrant comment réorganiser et additionner les équations chimiques pour obtenir la valeur désirée. 4. Exemple de Calcul : Présentez un exemple détaillé de calcul utilisant la Loi de Hess. Par exemple, calculez l'enthalpie de formation de la réaction de combustion du méthane (CH₄). Fournissez toutes les étapes, depuis le choix des réactions intermédiaires jusqu'à l'addition des enthalpies de formation. 5. Résolution de Problèmes : Proposez des problèmes supplémentaires et résolvez-les avec les élèves, en soulignant les étapes critiques et les pièges courants. Assurez-vous que les élèves comprennent comment appliquer la Loi de Hess de manière autonome.

Questions en Classe

1. Calculez la variation d'enthalpie pour la réaction : N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) en utilisant les réactions intermédiaires suivantes : N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g) ΔH = +180,5 kJ 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g) ΔH = -113,1 kJ 4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g) ΔH = -1170 kJ 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g) ΔH = -571,6 kJ 2. Utilisez la Loi de Hess pour déterminer l'enthalpie de formation du CO₂(g) à partir des réactions suivantes : C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -393,5 kJ CO(g) + 1/2O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -283 kJ C(s) + 1/2O₂(g) → CO(g) ΔH = -110,5 kJ 3. Donnée la réaction : 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = -198 kJ, calculez l'enthalpie de formation du SO₃(g) en utilisant les réactions suivantes : S(s) + O₂(g) → SO₂(g) ΔH = -296,8 kJ

Discussion des Questions

Durée: (20 - 25 minutes)

Cette étape a pour but de passer en revue les solutions des questions présentées lors du développement du cours, garantissant que les élèves comprennent les méthodes et raisonnements utilisés pour appliquer la Loi de Hess. De plus, cela promeut la participation active des élèves, permettant qu'ils partagent leurs solutions et leurs questions, enrichissant ainsi l'apprentissage collectif.

Discussion

• Expliquez la variation d'enthalpie pour la réaction : N₂(g) + 3H₂(g) → 2NH₃(g) : Réaction 1 : N₂(g) + O₂(g) → 2NO(g) ΔH = +180,5 kJ Réaction 2 : 2NO(g) + O₂(g) → 2NO₂(g) ΔH = -113,1 kJ Réaction 3 : 4NH₃(g) + 5O₂(g) → 4NO(g) + 6H₂O(g) ΔH = -1170 kJ Réaction 4 : 2H₂(g) + O₂(g) → 2H₂O(g) ΔH = -571,6 kJ Pour résoudre, réorganisez les réactions intermédiaires de manière que, en les additionnant, elles aboutissent à la réaction souhaitée. Vérifiez que la somme des enthalpies intermédiaires donnera la variation d'enthalpie de la réaction cible.

• Utilisez la Loi de Hess pour déterminer l'enthalpie de formation du CO₂(g) : Réaction 1 : C(s) + O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -393,5 kJ Réaction 2 : CO(g) + 1/2O₂(g) → CO₂(g) ΔH = -283 kJ Réaction 3 : C(s) + 1/2O₂(g) → CO(g) ΔH = -110,5 kJ Réorganisez les réactions et additionnez les variations d'enthalpie pour obtenir l'enthalpie de formation désirée.

• Calculez l'enthalpie de formation du SO₃(g) : Réaction 1 : S(s) + O₂(g) → SO₂(g) ΔH = -296,8 kJ Réaction 2 : 2SO₂(g) + O₂(g) → 2SO₃(g) ΔH = -198 kJ Divisez la réaction 2 par 2 et ajoutez-la à la réaction 1 pour obtenir l'enthalpie de formation du SO₃(g).

Engagement des Élèves

1. Comment la Loi de Hess peut-elle être appliquée dans les processus industriels ? 2. Quels sont les défis à utiliser la Loi de Hess pour calculer l'enthalpie dans des réactions complexes ? 3. Pourquoi est-il important de connaître les enthalpies de formation des composés ? 4. Comment la Loi de Hess se relie-t-elle à la première loi de la thermodynamique ? 5. Demandez aux élèves d'expliquer, avec leurs propres mots, comment ils ont réorganisé et additionné les réactions intermédiaires pour obtenir les variations d'enthalpie désirées.

Conclusion

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape a pour but de récapituler les points principaux abordés durant le cours, renforçant la compréhension des élèves. De plus, elle vise à connecter l'apprentissage théorique avec des applications pratiques et à souligner la pertinence du contenu pour le quotidien, consolidant ainsi les connaissances acquises et motivant les élèves à appliquer ce savoir dans des contextes réels.

Résumé

• La Thermochimie étudie les échanges d'énergie, principalement sous forme de chaleur, lors des réactions chimiques.
• La Loi de Hess affirme que la variation d'enthalpie d'une réaction est la même, indépendamment du chemin parcouru, à condition que les états initial et final soient les mêmes.
• L'enthalpie de formation est la variation d'enthalpie lorsqu'un mole d'un composé se forme à partir de ses éléments dans l'état standard.
• La Loi de Hess peut être utilisée pour calculer l'enthalpie d'une réaction en additionnant les enthalpies de réactions intermédiaires.
• Des exemples pratiques de calculs utilisant la Loi de Hess ont été présentés et résolus.

Le cours a connecté la théorie de la Loi de Hess avec la pratique en fournissant des exemples détaillés de calculs d'enthalpie et en résolvant des problèmes avec les élèves. Cela a démontré comment la loi peut être appliquée dans des situations réelles, comme dans la synthèse de composés chimiques et dans l'industrie des combustibles.

La Loi de Hess est fondamentale pour comprendre l'énergie impliquée dans les réactions chimiques, ce qui a une grande importance dans diverses domaines, y compris la production industrielle de composés, le développement de nouveaux matériaux et l'étude de processus énergétiques. Par exemple, optimiser la production d'ammoniaque ou développer des combustibles plus efficaces sont des applications pratiques directes de cette connaissance.