Combustion du méthane : exemple du calcul de l'énergie de réaction

On considère la combustion complète du méthane dans l’air. Pour calculer l’énergie molaire de réaction, on procède selon les étapes suivantes.

1. Établir l’équation de la réaction de combustion, en choisissant un nombre stœchiométrique égal à 1 pour le combustible, ici le méthane : \(\mathrm{CH_4(g)+2\ O_2(g)\rightarrow CO_2(g)+2\ H_2O(g)}\).

Remarque : il est nécessaire d’ajuster l’équation afin que le combustible ait un nombre stœchiométrique égal à 1, notamment pour pouvoir comparer entre eux deux combustibles.

2. Établir l’équation de la réaction de combustion en mettant en évidence l’ensemble des liaisons covalentes mises en jeu, notamment en utilisant les schémas de Lewis des réactifs et des produits.

On rappelle que l'on doit fournir au système de l'énergie pour rompre les liaisons (E > 0) et que l'on en récupère lorsque d'autres sont formées (E < 0).

3. Calculer l'énergie de réaction à l'aide des tables d'énergies de liaison : 

\(E_\mathrm{R}=[4\times E_\ell\mathrm{(C-H)}+2\times E_\ell\mathrm{(O=O)}]-[2\times E_\ell\mathrm{(C=O)}+4\times E_\ell\mathrm{(O-H)}]\\ E_\mathrm{R}=[4\times 415+2\times 498]-[2\times 804+4\times 463]\\ E_\mathrm{R}=[2\ 656]-[3\ 460]=-804\ \mathrm{kJ\cdot mol^{-1}}\)

Le diagramme obtenu est le suivant.

Ainsi, à chaque fois qu'une mole de méthane est brulée selon cette transformation, le système libère 804 kJ d'énergie thermique au milieu extérieur (une casserole, une maison, etc.).