Contenu pédagogique original par Rémi Piau · Programme officiel et cohérence scientifique vérifiés le 8 septembre 2026.
1. Définir le système et la convention
Une variation d’énergie n’a de sens qu’après avoir défini le système observé et sa frontière. Pour un système fermé, il n’y a pas d’échange de matière avec l’extérieur, mais des transferts d’énergie restent possibles. Dans la convention récepteur usuelle en France, un transfert reçu par le système est positif.
ΔU, Q et W sont des énergies et s’expriment en joules (J). Une réaction qui cède de la chaleur au milieu extérieur a donc Q < 0 pour le système réactionnel. Pour un système fermé soumis à une pression extérieure constante, si le seul travail est celui des forces de pression, la chaleur reçue à pression constante vérifie Qp = ΔH.
2. Une fonction d’état ne dépend pas du chemin
U, H, S et G sont des fonctions d’état : leur variation dépend seulement des états initial et final. On peut donc décomposer une transformation en étapes commodes, puis additionner leurs variations. C’est le principe de la loi de Hess.
3. Utiliser les enthalpies standard de formation
L’enthalpie standard de formation ΔfH° d’une espèce correspond à la formation d’une mole de cette espèce à partir des éléments dans leurs états standards de référence, à la température considérée et sous la pression standard p° = 1 bar. Pour un élément dans son état standard de référence, ΔfH° = 0.
Les coefficients stœchiométriques multiplient les valeurs. Les états physiques comptent : H2O(l) et H2O(g) n’ont pas la même enthalpie standard de formation.
4. Exercice corrigé — combustion du méthanol
Énoncé
On brûle complètement 8,00 g de méthanol liquide selon :
Données à 298 K : ΔfH°(CH3OH,l) = −238,7 kJ·mol−1 ; ΔfH°(CO2,g) = −393,5 kJ·mol−1 ; ΔfH°(H2O,l) = −285,8 kJ·mol−1 ; ΔfH°(O2,g) = 0 ; M(CH3OH) = 32,04 g·mol−1. Calculer ΔrH° puis la chaleur échangée à pression constante, en supposant la réaction totale.
Correction pas à pas
- Donnée et inconnue. L’équation est écrite pour une mole de méthanol. On cherche d’abord l’enthalpie molaire de réaction, puis l’énergie correspondant à la quantité brûlée.
- Relation littérale. Produits moins réactifs, en conservant tous les coefficients :ΔrH° = [ΔfH°(CO2) + 2ΔfH°(H2O)] − [ΔfH°(CH3OH) + 3/2 ΔfH°(O2)]
- Unités compatibles. Toutes les enthalpies standard de formation sont exprimées en kJ·mol−1 ; elles peuvent donc être additionnées après multiplication par les coefficients stœchiométriques.
- Application numérique.ΔrH° = [−393,5 kJ·mol−1 + 2(−285,8 kJ·mol−1)] − [−238,7 kJ·mol−1 + 0 kJ·mol−1] = −726,4 kJ·mol−1
- Quantité brûlée. La relation est n = m/M. Les unités donnent g ÷ (g·mol−1) = mol. Ainsi n = 8,00 g ÷ 32,04 g·mol−1 = 0,2497 mol.
- Chaleur à pression constante. Dans les conditions annoncées, Qp = nΔrH°. Donc Qp = 0,2497 mol × (−726,4 kJ·mol−1) = −181 kJ.
- Contrôle du sens. La combustion chauffe le milieu : l’énergie quitte le système réactionnel, donc le signe négatif est cohérent.
Conclusion. La combustion standard du méthanol a ΔrH° = −726,4 kJ·mol−1. Le système cède environ 181 kJ quand 8,00 g réagissent ; le milieu extérieur reçoit la même valeur en négligeant les pertes.
5. Contrôles qui évitent les erreurs classiques
- Notation : distinguer H, ΔH, ΔrH et ΔfH.
- Équation : vérifier coefficients et états physiques avant de calculer.
- Unité : ne pas mélanger J et kJ dans une même somme.
- Signe : relier le signe au système, pas au seul mot « chaleur ».
- Portée : une réaction thermodynamiquement favorable n’est pas nécessairement rapide.