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Problème 1

Production de propène sur catalyseurs hétérogènes. Le propène est l'un des produits les plus précieux de la pétrochimie. Il peut être synthétisé par déshydrogénation directe du propane sur un catalyseur hétérogène, CX3HX8(g)⇌CX3HX6(g)+HX2(g)\ce{C3H8(g) <=> C3H6(g) + H2(g)}, mais la réaction n'est pas économiquement viable. On donne les relations d'enthalpie moyenne de liaison : Hbond(C=C)=1.77 Hbond(C−C)H_{\text{bond}}(\ce{C=C}) = 1.77\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C}), Hbond(H−H)=1.05 Hbond(C−H)H_{\text{bond}}(\ce{H-H}) = 1.05\,H_{\text{bond}}(\ce{C-H}), et Hbond(C−H)=1.19 Hbond(C−C)H_{\text{bond}}(\ce{C-H}) = 1.19\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C}). (a) Calculer la variation d'enthalpie de la déshydrogénation directe du propane en fonction de Hbond(C−C)H_{\text{bond}}(\ce{C-C}). (b) Il est difficile d'augmenter la quantité de propène en augmentant la pression à température constante — quelle loi ou principe l'explique le mieux ? (c) Pour cette réaction à l'équilibre, quels sont les signes de ΔH\Delta H, ΔS\Delta S, et le sens de variation de ΔG\Delta G quand la température est portée à une valeur supérieure T∗T^* ?
Étape 1 sur 3 : Liaisons rompues moins liaisons formées
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ΔHrxn=[2H(C−C)+8H(C−H)]−[H(C=C)+H(C−C)+6H(C−H)+H(H−H)]=+0.360 Hbond(C−C)\Delta H_{\text{rxn}} = [2H(\ce{C-C}) + 8H(\ce{C-H})] - [H(\ce{C=C}) + H(\ce{C-C}) + 6H(\ce{C-H}) + H(\ce{H-H})] = +0.360\,H_{\text{bond}}(\ce{C-C})
Analyse

Le propane a 2 liaisons C–C et 8 C–H ; le propène a 1 C=C, 1 C–C et 6 C–H, plus 1 H–H. Donc ΔH=[2+8×1.19]−[1.77+1+6×1.19+1.05×1.19]=11.52−11.16=+0.36 H(C−C)\Delta H = [2 + 8\times1.19] - [1.77 + 1 + 6\times1.19 + 1.05\times1.19] = 11.52 - 11.16 = +0.36\,H(\ce{C-C}) : réaction endothermique.

Erreur fréquente. Bien compter les liaisons C–H : le propane en a 8 (CHX3−CHX2−CHX3\ce{CH3-CH2-CH3} donne 6+2 = 8), le propène seulement 6 — les deux hydrogènes retirés forment HX2\ce{H2}.