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Problème 1

Les poudres à combustion rapide comme la nitrocellulose sont utilisées dans les cartouches de ball-trap. La nitrocellulose est principalement constituée de trinitrate de cellulose, préparé en ajoutant de la cellulose (formule brute CX6HX7(OH)X3OX2\ce{C6H7(OH)3O2}) à un mélange d'acides nitrique et sulfurique concentrés, donnant le trinitrate de cellulose (CX6HX7(ONOX2)X3OX2\ce{C6H7(ONO2)3O2}) et un autre produit. L'ion nitronium NOX2X+\ce{NO2+}, formé dans le mélange acide, nitre les groupes alcool. L'acide nitrique agit comme base de Lewis et accepte un proton de l'acide sulfurique pour former l'intermédiaire HX2NOX3X+\ce{H2NO3+}, qui se décompose en NOX2X+\ce{NO2+}. (a) Écrire l'équation de la réaction entre la cellulose et l'acide nitrique formant le trinitrate de cellulose. (b) Écrire l'équation de formation de HX2NOX3X+\ce{H2NO3+} puis celle de sa décomposition en NOX2X+\ce{NO2+}. (c) La combustion complète du trinitrate de cellulose produit du dioxyde de carbone, de l'eau et un élément gazeux. Écrire l'équation de combustion complète de CX6HX7NX3OX11\ce{C6H7N3O11} et calculer l'enthalpie standard de combustion avec ΔfH∘(CO)=−110,5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO}) = -110,5, ΔfH∘(COX2)=−393,5\Delta_f H^{\circ}(\ce{CO2}) = -393,5, ΔfH∘(HX2O)=−285,8\Delta_f H^{\circ}(\ce{H2O}) = -285,8 et ΔfH∘(trinitrate de cellulose)=−653,1\Delta_f H^{\circ}(\text{trinitrate de cellulose}) = -653,1 kJ mol−1^{-1}. (d) Lors du tir, il n'y a pas assez de temps pour réagir avec l'oxygène de l'air ; le trinitrate de cellulose se décompose entièrement en produits gazeux (sans former OX2\ce{O2}) à plus de 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C}. Écrire l'équation de décomposition et calculer le volume total de gaz produits par 5,00 g de trinitrate de cellulose à 200 ∘C200\ ^{\circ}\mathrm{C}, en m3^3.
Étape 4 sur 5 : Enthalpie de combustion par Hess
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ΔcH∘=6(−393.5)+72(−285.8)−(−653.1)=−2708.2 kJ mol−1\Delta_c H^{\circ} = 6(-393.5) + \tfrac{7}{2}(-285.8) - (-653.1) = -2708.2\ \text{kJ mol}^{-1}
Analyse

ΔcH∘=6(−393,5)+3,5(−285,8)−(−653,1)=−2708,2\Delta_c H^{\circ} = 6(-393{,}5) + 3{,}5(-285{,}8) - (-653{,}1) = -2708{,}2 kJ mol−1^{-1}, valeur du barème.

Erreur fréquente. ΔfH∘\Delta_f H^{\circ} de OX2\ce{O2} et NX2\ce{N2} vaut zéro ; leur affecter des valeurs non nulles fausse le bilan.