Chimie TD2 TSI2 REACTION TOTALE. Equilibrer une réaction. Exercice 3 Etude d une réaction totale. Exercice 1 : Equilibrer une réaction

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1 Equilibrer une réaction REACTION TOTALE Exercice : Equilibrer une réaction Ecrire les équations-bilan correspondant aux réactions chimiques suivantes : a) carbone + eau monoxyde de carbone + dihydrogène b) monoxyde d'azote + dioxygène dioxyde d'azote c) carbone + dioxygène monoxyde de carbone d) méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau Exercice : Equilibrer une réaction Ecrire les équations-bilan correspondant aux réactions chimiques suivantes : a) sulfure de dihydrogène + dioxyde d'azote soufre + monoxyde d'azote + eau b) trioxyde de soufre + eau acide sulfurique c) aluminium + dichlore trichlorure d'aluminium d) soufre + dioxygène trioxyde de soufre e) dichlore + phosphore trichlorure de phosphore Exercice 3 Etude d une réaction totale Soit la combustion complète du propane C 3H 8 dans le dioxygène donnant du dioxyde de carbone et de l'eau. ) Ecrire l'équation de cette réaction en utilisant les nombres stœchiométriques entiers les plus petits possibles ) Préparer des tableaux d'avancement pour les systèmes ci-dessous : initial t0 en cours final le premier correspond à un état initial constitué de mol de propane et de 7 mol de dioxygène; déterminer l'état final du système le second correspond à un état initial constitué de,5 mol de propane et de 7,5 mol de dioxygène; déterminer l'état final du système et conclure. C 3H O 3 CO + 4 H O Propane dioxygène dioxyde de carbone mol 7 mol 0 0 Eau -x 7-5x 3 x 4 x -,4 0,6 mol 0 3*,4 4, mol 4*,4 5,6 mol L avancement maximal : l'un au moins des réactifs a disparu Soit -x 0 --> x mol Soit 7-5x 0 --> x,4 mol On retient la plus petite valeur: elle correspond à l'avancement maximal Le propane est en excès et la réaction s'arrête lorsque tout le dioxygène est consommé. La composition finale du mélange est donnée par la dernière ligne du tableau. initial t0 en cours propane dioxygène dioxyde carbone de eau,5 mol 7,5mol 0 0,5-x 7,5-5x 3 x 4 x final 0 0 3*,5 4,5 mol 4*,5 6 mol Le propane est le dioxygène sont en proportions stœchiométriques

2 Exercice 4 : Problème de chimie Exercice 6 : Détermination de la constante d équilibre On considère un débit 500 de butane qui brûle dans une pièce hermétique de 5. Le volume molaire des gaz est. On suppose que la combustion est complète tant qu'il subsiste de l'oxygène dans la pièce. Au bout de combien de temps la combustion prend-elle fin? Composition initiale de l'air : +. Combustion complète du butane : butane(g)+dioxygène(g) dioxyde de carbone(g)+ eau (g) On a le nombre total de moles d air : et donc La réaction de dissociation de l acide éthanoïque dans l eau conduit à l état d équilibre suivant : 0 / 0 / Calculer la constante d équilibre de cette réaction. 0 et donc alors sachant que et donc pour avoir consommation de l oxygène et donc 5 Exercice 7 : Constante d équilibre d une réaction On considère la réaction suivante à la température sous une pression de bar : et Expressions, calculs de constantes d équilibre + Exercice 5 : Expression de constantes d équilibre La constante température. de cet équilibre vaut 00 à la Ecrire les constantes d équilibre pour chacune des réactions suivantes à équilibrer Quelle est, dans les mêmes conditions de température, la valeur de de l équilibre suivant? + La constante d équilibre est définie pour une température pour un équilibre donné! Donc / / 0. En travaillant en mol/l et en bar : Naturellement l état final reste le même pour les mêmes conditions initiales si alors : (, ), 00 soit,, (,, ) 0soit, / / / [ ]

3 d équilibre 0,70 Exercice 8 : Constante d équilibre et état final On considère suivante effectuée à 98K dans un solvant organique : 0,045 0, En partant d une mole de et d une mole de, on obtient /3 de mole de. ) Exprimer la constante d équilibre à 98K ) On part de mole de et une mole d eau. Donner la composition finale à l équilibre x -x x x/3 Donc : 4 et K/ x -x x x Donc soit : 0,46 Exercice 9 : Composition à l équilibre La réaction de dissociation de en diode et dihydrogène gazeux est associée à une constante de réaction,0 0 (coefficient stœchiométrique pour ) On introduit dans un récipient,00 de et 5,00 0 de diode. La réaction s effectue à pression constante ) Ecrire la réaction de dissociation ) Déterminer, à l équilibre, les quantités de matière de tous les constituants. 3) En déduire leur pression partielle Réaction + initial 0,00 0 0,500 intermédiaire,00 + 0,500 équilibre,00 + 0,500 Donc (, ),,0 0 La résolution de cette équation donne 0,3 Donc les pressions partielles sont :

4 Déplacement d équilibre Exercice 0 ; Influence de la température et de la pression totale Prévoir, sur les équilibres suivants, l effet : a) D une élévation de température b) D une augmentation isotherme de la pression + + totale (98 ) 674. (98 ) 98. (98 ) 9. Une augmentation de température conduit au déplacement de l équilibre dans le sens endothermique. Pour une transformation isotherme, l augmentation de la pression déplace l équilibre dans le sens de la consommation des constituants gazeux. Réaction : sens si a), sens si b) Réaction : sens si a), sens si b) Réaction 3 : sens si a), sens effet si b) Exercice : Influence de la température On étudie l équilibre suivant en phase gazeuse et sous une pression de bar : + A 7 C et à 37 C les degrés de dissociation de sont respectivement 0,0 et 0,. ) Calculer les valeurs des constantes d équilibre à 7 C et 37 C ) On donne la loi de Van t Hoff :. Calculer dans l hypothèse d Ellimgham. 0 ) Un tableau d avancement donne : donc (300 ) 0 et (600 ) 0 ) 4. 0 soit Exercice : Influence de la dilution-loi de dilution d Ostwald On s intéresse à la réaction dissociation apriori partielle d un acide dans l eau, de concentration initiale, dans un volume, suivant la réaction : ) Donner l expression de la constante d équilibre associée à cette réaction ) On part de la situation d équilibre. Prévoir qualitativement si le quotient de réaction augmente ou diminue lors : - d une dilution du milieu - si on ajoute, à volume quasi-constant, quelques moles de Par définition : Et Donc si on dilue 0 fois, seul le dénominateur se trouve affecté et : on déplace l équilibre vers la droite La dilution déplace l équilibre dans le sens d une plus grande dissociation Donc si on augmente seulement la concentration en AH, seul le dénominateur se trouve affecté et < et on déplace l équilibre vers la droite En solution, l ajout d un soluté déplace (à T et V quasi-constant) l équilibre dans le sens de sa consommation. De même en prélevant un soluté (à T et V quasi-constant), on déplace l équilibre dans le sens de formation (ce qui est très utile pour améliorer le rendement d une réaction qui n est pas totale!) Exercice 3 : Ajout d un constituant inactif gazeux On considère l équilibre gazeux parfait suivant : + A partir de la situation d équilibre (obtenue avec un mélange réactionnel ne contenant initialement que du et du ), on augmente, à pression totale et température constantes, le nombre total de moles de gaz en introduisant un gaz d hélium inactif (qui n intervient pas dans l équation bilan). Dans quel sens se déplace l équilibre? Le tableau d avancement est le suivant :

5 Réaction + initial 0 0 intermédiaire équilibre La constante d équilibre est : Donc si on augmente la valeur de alors > et la réaction se déplace dans le sens L ajout d un gaz inactif (à T et P constant) à un mélange gazeux parfait déplace l équilibre dans le sens qui entraîne l augmentation de la quantité de gaz. Exercice 4 : Ajout d un constituant actif gazeux On considère la réaction : + Prévoir quantitativement l évolution du système si l on ajoute du dihydrogène gazeux à température constante et pression maintenue à bar depuis la situation d équilibre. Il s agit de gaz dont le mélange est supposé parfait, ainsi. Ainsi, à température constante (pas de modification de la constante d équilibre), à pression constante ( ne varie que par modification des quantités de matière) alors si augmente alors diminue. Le déplacement de l équilibre s accompagne alors d une transformation dans le sens (pp de modération) - Augmenter la quantité d ammoniac revient également à augmenter le nombre total de mole : le numérateur et donc augmente, ce qui se traduit par une modération de cette perturbation par un équilibre s effectuant dans le sens - Augmenter la quantité de dihydrogène revient également modifier + +. Il faut donc étudier le rapport. La dérivée de cette fonction est et est toujours négative. Ce rapport diminue si augmente. L ajout de dihydrogène diminue la valeur de et déplace l équilibre dans le sens. - Augmenter la quantité de diazote revient également modifier + +. Il faut donc étudier le rapport. La dérivée de cette fonction est i) Ainsi le sens sera privilégié si > soit > + soit > / ii) Ainsi le sens sera privilégié si < soit < + soit < / Exercice 5 : Ajout d un constituant actif gazeux On considère l équilibre suivant : + 3 Prévoir quantitativement l évolution du système si on ajoute tour à tour de l ammoniac, du dihydrogène puis du diazote à température et pression constantes (le volume du milieu réactionnel pouvant varier) Le quotient réactionnel est donné par :

6 Exercice 6 : Décomposition de l eau oxygénée Cinétique chimie On s intéresse à la décomposition de l eau oxygénée suivant la réaction totale suivante : + Cette réaction est lente et sa loi de vitesse est d ordre par rapport à l eau oxygénée. Une étude expérimentale permet de déterminer sa constante cinétique à 5 C :,0 0. On note la concentration en à l instant. A l instant 0, la concentration en eau oxygénée est ( 0),00 0. ) Exprimer la vitesse volumique de réaction en fonction de et de. En déduire, par analyse dimensionnelle, l unité SI de. ) Déterminer l équation différentielle à laquelle obéit la concentration.en déduire la loi horaire donnant l évolution de la concentration en fonction du temps. 3) Définir le temps de demi-réaction / de cette réaction. L exprimer littéralement et faire l application numérique. 4) Dans certaines notices, on lit qu une eau oxygénée en flacon jamais ouvert, est stable pendant douze mois. Commenter cette information. Expérimentalement, on obtient le suivi cinétique avec deux concentrations initiales et différentes : Expérience : 0,00. et 0,. (min) Expérience : 0,. et 0,. (min) ) Justifier que la méthode de dégénérescence l ordre est applicable pour l expérience. ) Quelle régression linéaire est-il pertinent d envisager si : - 0? -? -? 3) Utiliser votre calculatrice afin de vérifier que la valeur de est. 4) Quelle régression linéaire est-il pertinent de tester si l on suppose l ordre global égale à? Vérifier cette hypothèse. donc + 0 Le temps de demi-réaction est donné par : / 70 Visiblement, la cinétique est bloquée lorsque le flacon est fermé.. Exercice 7 : Suivi cinétique On a un excès d ion ferreux, un avancement maximum de 0,00. ce qui ne modifie que très peu la concentration initiale en fer : Si 0 alors : Si alors ln Si alors est une fonction linéaire du temps Ici q On s intéresse à la cinétique de la réaction totale de réduction des ions par les ions selon la réaction (en solution aqueuse) : + + La loi de vitesse de cette réaction est de la forme :

7 La e expérience permet d accéder à l ordre global. Supposons également l ordre global égale à alors, avec les concentrations imposées : : la régression à vérifier est alors : +