Chapitre 5 de thermochimie : Déplacements d équilibre

Transcription

1 UE harmacie - Chimie Chimie physique Chapitre 5 de thermochimie : Déplacemets d équilibre ierre-alexis GAUCHARD Agrégé de chimie, Docteur ès scieces Aée uiversitaire 011/01 Uiversité Joseph Fourier de Greoble - Tous droits réservés.

2 Chapitre 5 de thermochimie Déplacemets d équilibre I. ositio du problème II. Ifluece d ue modificatio de la température III. Ifluece d ue modificatio de la pressio IV. Ifluece de l ajout d u costituat

3 I. ositio du problème I.1) Déplacemet d équilibre I.) Evolutio suite à ue perturbatio I.3) Méthode systématique de recherche du ses de l évolutio I.4) Loi géérale de modératio

4 I.1) Déplacemet d équilibre Système chimique fermé siège de la réactio : à l état d équilibre : A = r G = 0. La température, la pressio et les quatités de matière sot fixées. But de l étude : étudier la répose du système à ue perturbatio (variatio de la température, de la pressio ou des quatités de matière).

5 I.) Evolutio suite à ue perturbatio Etat iitial (1) état d équilibre A 1 = r G 1 = 0 perturbatio Etat () après perturbatio avat évolutio état hors équilibre A = r G 0 Évolutio aturelle «répose du système» d Etat fial (3) état d équilibre A 3 = r G 3 = 0 Coditio d évolutio A d > 0 ou r G d Le sige de A ( ou de r G ) ous doe le ses d évolutio du système lors de sa répose à la perturbatio

6 I.3) Méthode de recherche systématique du ses de l évolutio A (T,,ξ) = 0 RT.l K(T) Q(,ξ) r Etat (1) : A 1 = 0 Modificatio de T modificatio de K 0 (T) Si K 0 augmete K 0 > Q r et A > 0 Déplacemet de l équilibre das le ses 1 (ses direct). Si K 0 dimiue K 0 < Q r et A < 0 Déplacemet de l équilibre das le ses (ses idirect) Etat (1) : A 1 = 0 Modificatio de ou des quatités de matière modificatio de Q r (,) Si Q r dimiue K 0 > Q r et A > 0 Déplacemet de l équilibre das le ses 1 (ses direct). Si Q r augmete K 0 < Q r et A < 0 Déplacemet de l équilibre das le ses (ses idirect)

7 I.4) Loi géérale de modératio Ou ricipe de Le Chatelier La répose du système ted à s opposer à la perturbatio pour e modérer les effets.

8 II. Ifluece d ue modificatio de température Modificatio de température à pressio costate II.1) Méthode systématique II.) Applicatio de la loi géérale de modératio : loi de Va t Hoff II.3) Exemples

9 II.1) Méthode systématique 0 d l K (T) dt = + Δ H r RT 0 Réactio exothermique ( r H 0 < 0 ) K 0 dimiue lorsque T augmete Réactio edothermique ( r H 0 > 0 ) K 0 augmete lorsque T augmete A (T,,ξ) = 0 RT.l K(T) Q(,ξ) r Réactio edothermique r H 0 > 0 T, K 0, A > 0, déplacemet de l équilibre das le ses 1 (ses direct) T, K 0, A < 0, déplacemet de l équilibre das le ses (ses idirect) Réactio exothermique r H 0 < 0 T, K 0, A < 0, déplacemet de l équilibre das le ses (ses idirect) T, K 0, A > 0, déplacemet de l équilibre das le ses 1 (ses direct)

10 II.) Applicatio de la loi géérale de modératio : loi de Va t Hoff Exothermique la réactio libère de l éergie thermique Edothermique la réactio absorbe de l éergie thermique exothermique edothermique réactifs = produits réactifs = produits edothermique exothermique La répose du système ted à s opposer à la perturbatio pour e modérer les effets. T, déplacemet d équilibre das le ses edothermique T, déplacemet d équilibre das le ses exothermique

11 II.3) Exemples sythèse du méthaol CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) A partir de l état d équilibre à 98K, o perturbe le système e augmetat T r H 0 98 = 90,7, kj.mol -1 Réactio exothermique T => déplacemet d équilibre das le ses edothermique c est-à-dire das idirect (ses de la productio de CO (g) et H (g)) Dissociatio de Cl 5 (g) : Cl 5 (g) = Cl 3 (g) + Cl (g) A partir de l état d équilibre à T, o perturbe le système e augmetat T r H 0 > 0 (= 9,3 kj.mol -1, supposée idépedate de la température) T => déplacemet d équilibre das le ses edothermique c est-à-dire das direct (ses de la productio de Cl 3 (g) et Cl (g))

12 III. Ifluece d ue modificatio de pressio Modificatio de pressio à température costate III.1) Méthode systématique III.) Applicatio de la loi géérale de modératio : loi de le Chatelier III.3) Exemples

13 III.1) Méthode systématique Au cas par cas. (il faut pouvoir exprimer Q r ) 0 (T,,ξ) RT.l K(T) A = Q(,ξ) r Modificatio de T, K 0 (T) reste ichagée, Q r est modifié Exprimer Q r Regarder si la perturbatio de la pressio totale augmete ou dimiue Q r Coclure

14 III.) Applicatio de la loi géérale de modératio : loi de le Chatelier La répose du système ted à s opposer à la perturbatio pour e modérer les effets., déplacemet d équilibre das le ses de la dimiutio du ombre de moles gazeuses, déplacemet d équilibre das le ses de l augmetatio du ombre de moles gazeuses

15 III.3) Exemples sythèse du méthaol CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) 0 (T,,ξ) RT.l K(T) A = Q(,ξ) r Méthode systématique : CH OH 0 r 3 Q = CO H i i = T T,g CH3OH T T,g 0 r Q = CO H T T T,g T,g 0 CH3OH T,g r T CO H Q = T, Q r, K 0 > Q r et A > 0 Déplacemet de l équilibre das le ses de la productio de CH 3 OH (g) (ses direct).

16 III.3) Exemples sythèse du méthaol CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) T : déplacemet de l équilibre das le ses de la dimiutio du ombre de moles gazeuses das le ses de la productio de CH 3 OH (g) (ses direct). Dissociatio de Cl 5 (g) : Cl 5 (g) = Cl 3 (g) + Cl (g) T : déplacemet de l équilibre das le ses de la dimiutio du ombre de moles gazeuses das le ses de la formatio de Cl 5 (g) (ses idirect). 1 Cl Cl r 0 Cl 3 Q = 5 i i = T T,g sythèse de HCl (g) : ½ H (g) + ½ Cl (g) = HCl (g) Aucu effet d ue perturbatio de la pressio sur l équilibre La pressio est pas facteur d équilibre Cl 3 Cl T Q = r 0 Cl T,g 5 Q = HCl r 1/ 1/ H Cl i i = T T,g Q HCl r 1/ 1/ H Cl

17 IV. Ifluece de l ajout d u costituat pas d applicatio simple de la loi géérale de modératio Utilisatio de la méthode systématique au cas par cas (il faut pouvoir exprimer Q r ) IV.1) Ajout d u costituat actif : exemples IV.) Ajout d u costituat iactif : exemples

18 IV.1) Ajout d u costituat actif : exemples Ajouts doivet se faire : à T costate Ajouts peuvet se faire : à T costate ou à V costat sythèse du méthaol CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) 0 CH3OH T,g r T CO H Q = Q r exprimé de cette maière si l ajout se fait à T costate V = T T,g RT CH OH 3 Q r = R.T CO H V. 0 Q r exprimé de cette maière si l ajout se fait à V costat

19 IV.1) Ajout d u costituat actif : exemples sythèse du méthaol CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) 0 CH3OH T,g r T CO H Q = A (T,,ξ) = 0 RT.l K(T) Q(,ξ) r Q r, K 0 > Q r et A Q r, K 0 < Q r et A > 0, déplacemet d équilibre ses direct < 0, déplacemet d équilibre ses idirect Ajout de CH 3 OH à T et costates CH3OH ET T,g Q r Déplacemet d équilibre das le ses de la productio de CO (g) et H (g) Ajout de CO (ou H ) à T et costates CO (ou H ) ET T,g??????

20 IV.1) Ajout d u costituat actif : exemples sythèse du méthaol CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) CH OH 3 Q r = R.T CO H V. 0 A (T,,ξ) = 0 RT.l K(T) Q(,ξ) r Q r, K 0 > Q r et A Q r, K 0 < Q r et A > 0, déplacemet d équilibre ses direct < 0, déplacemet d équilibre ses idirect Ajout de CH 3 OH à T et V costats CH3OH Q r Déplacemet d équilibre das le ses de la productio de CO (g) et H (g) Ajout de CO (ou H ) à T et V costats CO (ou H ) Q r Déplacemet d équilibre das le ses de la productio de CH 3 OH(g)

21 IV.1) Ajout d u costituat actif : exemples A (T,,ξ) = 0 RT.l K(T) Q(,ξ) r Q r, K 0 > Q r et A Q r, K 0 < Q r et A > 0, déplacemet d équilibre ses direct < 0, déplacemet d équilibre ses idirect Dissociatio de Cl 5 (g) : Cl 5 (g) = Cl 3 (g) + Cl (g) RT Cl Cl Cl Cl r 0 0 Cl T,g Cl V 3 T 3 Q = 5 5 Ajout de Cl 3 ou Cl à T et costates???? Ajout de Cl 3 ou Cl à T et V costats Q r, ses Ajout de Cl 5 à T et costates Q r, ses 1 Ajout de Cl 5 à T et V costats Q r, ses 1 sythèse de HCl (g) : ½ H (g) + ½ Cl (g) = HCl (g) Ajout de HCl à T et costates ou à T et V costats Q r, ses Ajout de H ou Cl à T et costates ou à T et V costats Q r, ses 1 Q = HCl r 1/ 1/ H Cl

22 IV.) Ajout d u costituat iactif : exemples sythèse du méthaol : CO (g) + H (g) = CH 3 OH (g) T 0 0 CH OH T,g CH OH V. r 3 3 Q = R.T CO H CO H Ajout de N (g) à T et costates T,g Q r, ses Ajout de N (g) à T et V costats aucu effet dissociatio de Cl 5 (g) : Cl 5 (g) = Cl 3 (g) + Cl (g) RT Cl Cl Cl Cl r 0 0 Cl T,g Cl V 3 T 3 Q = 5 5 Ajout de N (g) à T et costates T,g Q r, ses 1 Ajout de N (g) à T et V costats aucu effet sythèse de HCl (g) : ½ H (g) + ½ Cl (g) = HCl (g) Q HCl r 1/ 1/ H Cl Ajout de N (g) à T et costates ou à T et V costats aucu effet

23 IV.) Ajout d u costituat iactif : exemples AH (aq) + H O (l) = A (aq) + H 3 O + (aq) Q = r [A ] [H O ] [AH] - + A H3O 1 Q r = V AH Dilutio (ajout de H O) O modifie les cocetratios V, Q r, déplacemet d équilibre das le ses de la dissociatio de l acide e sa base cojuguée. Loi de dilutio d Ostwald : lus o dilue u acide faible, plus il se dissocie La réactio d u acide faible avec l eau est pas forcémet ulle U acide faible suffisammet dilué peut se comporter comme u acide fort

24 CQFR Applicatio de la loi de modératio pour ue perturbatio de température (loi de Va t Hoff) pour ue perturbatio de pressio (loi de Le Chatelier) Savoir raisoer, au cas par cas, pour l ajout d u costituat actif ou iactif à T, costates ou T,V costats. Loi de dilutio d Ostwald

25 Metios légales L'esemble de cette œuvre relève des législatios fraçaise et iteratioale sur le droit d'auteur et la propriété itellectuelle, littéraire et artistique ou toute autre loi applicable. Tous les droits de reproductio, adaptatio, trasformatio, trascriptio ou traductio de tout ou partie sot réservés pour les textes aisi que pour l'esemble des documets icoographiques, photographiques, vidéos et soores. Cette œuvre est iterdite à la vete ou à la locatio. Sa diffusio, duplicatio, mise à dispositio du public (sous quelque forme ou support que ce soit), mise e réseau, partielles ou totales, sot strictemet réservées à l uiversité Joseph Fourier (UJF) Greoble 1 et ses affiliés. L utilisatio de ce documet est strictemet réservée à l usage privé des étudiats iscrits à l Uiversité Joseph Fourier (UJF) Greoble 1, et o destiée à ue utilisatio collective, gratuite ou payate. Ce documet a été réalisé par la Cellule TICE de la Faculté de Médecie de Greoble (Uiversité Joseph Fourier Greoble 1)