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Leçon 8 : thermodynamique d’un système siège d’une réaction chimique

Leçon 9 : étude thermodynamique des réactions d’oxydo-réduction

Notions :

• relation entre enthalpie libre de réaction et potentiels des couples mis en jeu dans une réaction d’oxydo-réduction
• relation entre enthalpie libre standard de réaction et potentiels standard des couples impliqués
• approche thermodynamique du fonctionnement d’une pile électrochimique
• stockage et conversion d’énergie chimique.

Capacités :

• citer et exploiter la relation entre l’enthalpie libre de réaction et les potentiels des couples mis en jeu dans une réaction d’oxydo-réduction
• déterminer l’enthalpie libre standard d’une réaction d’oxydo-réduction à partir des potentiels standard des couples
• déterminer la valeur du potentiel standard d’un couple d’oxydo-réduction à partir de données thermodynamiques
• établir l’inégalité reliant la variation d’enthalpie libre et le travail électrique
• relier la tension à vide d’une pile électrochimique et l’enthalpie libre de la réaction modélisant son fonctionnement
• décrire et expliquer le fonctionnement d’une pile électrochimique à partir de données sur sa constitution et de tables de potentiels standard
• étudier le fonctionnement d’une pile pour effectuer un bilan de matière.

Leçon 8 : thermodynamique d’un système siège d’une réaction chimique

Rappels TSI1 :

• premier principe de la thermodynamique
• propriétés des transformations particulières (adiabatique, iso-, mono-, quasi-statique, réversible)
• définition de l'enthalpie $H$ ; premier principe dans le cas d'une transformation monobare
• deuxième principe de la thermodynamique
• identité thermodynamique ; propriété d'une fonction d'état ; expression du travail mécanique et du transfert thermique dans le cas d'une transformation réversible
• activités chimiques : d'un gaz parfait seul ou dans un mélange, d'un constituant en phase condensée pure ou dans un mélange, des solutions infiniment diluées
• quotient de réaction $Q_r$ et constante d'équilibre d'une réaction $K^{\circ}(T)$.

Notions :

• potentiel chimique dans les cas des modèles : d'un gaz parfait seul ou dans un mélange, d'un constituant en phase condensée pure ou dans un mélange, des solutions infiniment diluées
• définition de l'enthalpie libre $G$ en fonction de $H$, $T$ et $S$ ; définition de l'enthalpie libre d'un système en fonction des potentiels chimiques et des quantités de matière
• identité thermodynamique pour $G$, expression de $S$ en fonction de $G$
• état standard, état standard de référence et réaction de formation
• enthalpie standard de réaction, enthalpie standard de formation, loi de Hess, enthalpie de changement d'état
• entropie standard de réaction, enthalpie libre standard de réaction, approximation d'Ellingham
• définition de l'enthalpie libre de réaction à partir du quotient de réaction et de la constante d'équilibre de la réaction
• réactions endothermique, exothermique, athermique ; température de flamme, loi de van't Hoff.

Capacités :

• exprimer et utiliser le potentiel chimique d’un constituant
• déterminer la variation d’enthalpie libre, d'entropie et d'enthalpie d’un système physico-chimique entre deux états d’équilibre thermodynamique
• déterminer l'enthalpie standard de réaction et l’entropie standard de réaction à l'aide de tables de données thermodynamiques
• associer le signe de l’enthalpie standard de réaction au caractère endothermique ou exothermique de la réaction
• justifier qualitativement ou prévoir le signe de l’entropie standard de réaction
• évaluer la température atteinte par un système siège d’une transformation physico-chimique supposée monobare et adiabatique
• prévoir le sens d’évolution d’un système chimique à partir de l’enthalpie libre de réaction
• déterminer la valeur de la constante thermodynamique d’équilibre à une température quelconque
• exploiter la relation de van ’t Hoff fournie dans le cadre de l’approximation d’Ellingham.

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Mis à jour : 18/11/2025.

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Leçon 8 : thermodynamique d’un système siège d’une réaction chimique

Rappels TSI1 :

• premier principe de la thermodynamique
• propriétés des transformations particulières (adiabatique, iso-, mono-, quasi-statique, réversible)
• définition de l'enthalpie $H$ ; premier principe dans le cas d'une transformation monobare
• deuxième principe de la thermodynamique
• identité thermodynamique ; propriété d'une fonction d'état ; expression du travail mécanique et du transfert thermique dans le cas d'une transformation réversible
• activités chimiques : d'un gaz parfait seul ou dans un mélange, d'un constituant en phase condensée pure ou dans un mélange, des solutions infiniment diluées.

Notions :

• potentiel chimique dans les cas des modèles : d'un gaz parfait seul ou dans un mélange, d'un constituant en phase condensée pure ou dans un mélange, des solutions infiniment diluées
• définition de l'enthalpie libre $G$ en fonction de $H$, $T$ et $S$ ; définition de l'enthalpie libre d'un système en fonction des potentiels chimiques et des quantités de matière
• identité thermodynamique pour $G$, expression de $S$ en fonction de $G$.

Capacités :

• exprimer et utiliser le potentiel chimique d’un constituant
• déterminer la variation d’enthalpie libre, d'entropie et d'enthalpie d’un système physico-chimique entre deux états d’équilibre thermodynamique.