Thermodynamique et cinétique chimique

Devoir : Thermodynamique II
durée conseillée ... 2 heures maximum                          durée conseillée ... 2 heures maximum

En deux heures, il faut être capable de traiter un peu plus de la moitié des exercices afin d'assurer une note de 10 / 20.
Si vous traitez l'ensemble, je vous en félicite car vous avez bien travaillé et j'espère que cette ressource vous y a aidé.

I- Etude d’un équilibre simple :     

Soit la réaction suivante :       N2O5 (gaz) + H2O (liquide) 2 HNO3(gaz) 
Connaissant les enthalpies libres de formation standard en kJ par mole de composé.
ΔG0formation de N2O5 (+ 115,1) ; de H2O (- 237,1) et de HNO3(- 135,1).
a- Calculer Kp de la réaction à cette température.
b- Dans quel sens l’équilibre est-il déplacé ? Commentez la réactivité de N2O5 vis-à-vis de l’eau.

II- Etude d’un équilibre en isochore.
Soit la réaction suivante à 250°C :    2 NH3    N2 + 3 H2              
Si à l’équilibre Ptotale = 1,444 atm. et Pdiazote = 0,222 atm.
a- Calculer à l’état initial et à l’équilibre toutes les pressions sachant que la stœchiométrie est
respectée. En déduire la valeur de Kp.
b- Calculer le nombre de moles des produits et réactifs à l’état initial et à l’équilibre si le volume
du réacteur est de 21,44 litres.
c- Calculer le coefficient de dissociation de NH3 (α).
 

III- Etude d’un équilibre non stœchiométrique.
Soit la réaction à 500°C, en isobare et à pression atmosphérique, où tous les composés sont gazeux 
avec Kp500°C = 0,4 :              C 2H6O2 + H2 C2H8O2     
A l'état initial, on a mélangé 1 mole de C2H6O2avec 3 moles de H2.
a- Calculer la pression de dihydrogène dans le mélange à l'équilibre.
b- Donner K’p, aux mêmes conditions, pour la réaction : ½ C2H6O2 + ½ H2 ½ C2H8O2

IV- Etude d’un équilibre hétérogène. A 600 K, en isobare et à pression atmosphérique :
CO(gaz) + H2 (gaz)  C(solide) + H2 (gaz)              Kp600K = 0,333 (avec P en atmosphère)
a- Calculer le pourcentage de CO dissocié à cette température.
b- Même question si à l'état initial on place autant de moles d'argon (diluant interne) que de
dihydrogène.
c- On abaisse la température,  alors 40 % des molécules de monoxyde de carbone sont dissociées.
Donner le sens endothermique de la réaction.

V- Etude d’un diagramme de Clapeyron. (seulement dans cet exercice utiliser 0 °C = 273,15 K)
 Un solide fond à 212,30 °C sous une pression de 15,4 atmosphères.
Le volume d’un gramme du solide est de 1,234 cm3 et du liquide de 1,255 cm3.
La valeur de l’enthalpie de fusion est de 223 kJ.kg-1.
a- Calculer de combien varie la température de fusion lorsque la pression diminue de
10 atmosphères ?
b- Quelle est la pression lorsque le solide fond à 212,40 °C ?
c- Le solide peut-il fondre à 212,20 °C ?

VI- Etude d’un diagramme binaire (cliquer pour imprimer le diagramme).
a- Placer les termes "liquide" et "gaz" sur le diagramme et définir son type.
b- Tracer sur le diagramme les droites nécessaires et donner les températures et compositions des
liquides et vapeurs demandées ci-dessous.
Caractéristiques du mélange : donner la Tébullition de l’acétone et du méthanol.
Caractéristiques de l’azéotrope : donner sa Tébullition et ses fractions molaires.
Pour un mélange 10/90 acétone/méthanol, donner les caractéristiques du liquide : Tébullition
(indiquer un point A) et de la vapeur : Tébullition et les fractions molaires (point B).
Mêmes questions pour un mélange 50/50 acétone/méthanol. Indiquer le point C pour le liquide et D
pour la vapeur.
Pour un mélange qui condense à 58,2 °C, donner les caractéristiques de la vapeur (point E) et du
liquide (point F).
Pour un mélange qui bout à 59,6 °C, donner les caractéristiques du liquide (point G) et de la vapeur
(point H).

VII- Etude de diagrammes.
a- Tracer à main levée le diagramme POT de l’eau en indiquant deux points que vous connaissez et
qui caractérisent l'eau. Indiquer les valeurs de P et T de ces points.
Indiquer le nom et positionner deux autres points particuliers de ce diagramme (sans indiquer leur valeur).
Indiquer dans la bonne zone les mots : solide, liquide et gaz.
b- A l’aide du diagramme POV (cliquer pour imprimer le diagramme), donner au point M la quantité de CO2
liquide et de CO2 gaz (en %).
Sur le diagramme, tracer l’isotherme critique et hachurer la zone où le CO2 est gazeux.
Que représente la courbe BCA ?

On donne :
ln Kp = - ΔG / RT                    Kc = Kp / RTΔn                  ln (KpT / KpT0) = (-ΔH / R) (1/T – 1/T0)
MH = 1 g.mol-1 ; MC = 12 g.mol-1 ; MO = 16 g.mol-1 ; MN = 14 g.mol-1 ; MS = 32 g.mol-1

Thermodynamique et cinétique              Correction
Pr Robert Valls & Dr Richard Frèze                                                                                       robert.valls@univ-amu.fr