Révisions MathSpé PC Sujet 1

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1 Sujet 1 Questions de cours : Arzoumanian Thomas loi de déplacement des équilibres : influence de P à T constant et influence de T à P constant Données : Dimérisation du dioxyde d azote en phase gazeuse fh (kj. mo1-1 ) S (J.K- I.mo1-1 ) µ (kj.mol- l ) NO 2 (g) 33, ,3 N 2 O 4 (g) 9,2 304,2 97,8 Exercice : Maurin Louise On étudie des mélanges de trichlorosilane SiHCl 3 et de dichlorosilane SiH 2 Cl 2.Le diagramme d'ébullition de ces mélanges est donné. 1. Quelle est la composition d'un mélange qui commence à bouillir à 20 C? Quelle est la composition de la première bulle issue de ce mélange liquide? 2. Quelle est la composition d'un mélange qui commence à se condenser à 25 C? Quelle est la composition de la première goutte issue de ce mélange gazeux? 3. Comment se présentent ( état, composition, quantité des phases en présence? ) les mélanges suivants :* 2 moles de mélange à 55% à 10 C * 0,72 mol de mélange à 20% à 30 C * 1 mol de mélange à 30% à 15 C 4. Pour les systèmes décrits à la question 3. préciser la quantité de trichlorosilane dans la phase vapeur. 5. On souhaite réaliser une distillation fractionnée en continu d'un mélange à 80%. a. Rappeler le principe de la distillation fractionnée réalisée au laboratoire. b. On veut recueillir le trichlorosilane à 98%. Sera-t-il en haut ou en bas de la colonne? Quelle doit être la température du bouilleur pour arriver à ce résultat? c. La tête de colonne et le condenseur sont à 12,5 C. Quelle est la composition du distillat? C. Saury Page 1 sur 6

2 d. Calculer le nombre de plateaux théoriques au dessus et en dessous du point Sujet 2 Exercice : Lucie Rat La production de dichlore est actuellement assurée essentiellement par électrolyse d une solution aqueuse de chlorure de sodium. Cependant, dans le cas où on souhaite valoriser le chlorure d hydrogène obtenu comme sous produit dans des synthèses organiques, on utilise la réaction de Deacon : 4 HCl (g) + O 2 (g) = 2 H 2 O (g) + 2 Cl 2 (g) 1)a) Calculer l enthalpie libre standard de réaction en fonction de la température (on se placera dans le cadre de l approximation d Ellingham). b) Calculer la constante d équilibre K à 750 K. 2) Sous une pression de 1 bar, maintenue constante, à la température de 750 K, on mélange une mole de dioxygène et 4 mole de chlorure d hydrogène. Etablir l équation permettant de déterminer l avancement de la réaction. On trouve numériquement un avancement =0,684 mol. Déterminer la composition du système C. Saury Page 2 sur 6

3 à l équilibre. Révisions MathSpé PC ) Indiquer et justifier dans quel sens évolue cet équilibre, si : a) on augmente la température, la pression étant maintenue constante ; b) on augmente la pression, la température étant maintenue constante ; c) on introduit une faible quantité d air, la pression et la température étant maintenues constantes. 4) Cette réaction est catalysée par du chlorure de cuivre II. Quel est l effet du catalyseur sur la réaction? Données : Enthalpies standard de formation et entropies molaires standard HCl (g) Cl 2 (g) O 2 (g) H 2 O (g) f H (298 K) kj.mol -1-92, ,94 Sm (298 K) J.mol -1.K ,77 223,06 205,1 188,82 Sujet 3 Exercice : Mathilde Fras Soit la réaction de dissociation du pentachlorure de phosphore PCl 5 en dichlore et trichlorure de phosphore ( tous gazeux). On enferme une mole de PCl 5 dans un récipient rigide à la température T. La pression est alors de 1 bar. Au bout d un certain temps, la pression est 1,4 bar. Quel est alors l avancement de la réaction? quelle fraction de PCl 5 s est dissociée? Quel est la valeur de la constante de réaction? Calculer l enthalpie libre standard de réaction si la réaction a été menée à 298 K. Meryl Haffner La transformation précédente se fait à 298 K, avec absorption par le système d une quantité de chaleur égale à 34,2 kj. Quelle est l énergie interne standard de la réaction à 298 K, écrite pour 1 mol de PCl 5? Quelle est l enthalpie standard de réaction à 298 K? Calculer l enthalpie de la réaction précédente à partir des tables d enthalpies de formation : PCl 5 (g) : kj/mol PCl 3 (g) : -287 kj/mol Comparer au résultat du calcul précédent. C. Saury Page 3 sur 6

4 Sujet 4 Questions de cours : Maxence chauvet Les orbitales moléculaires des molécules diatoamiques homonucléaires de la seconde période Exercice : Sallaud Marine soit l équilibre : CaCO 3 (s) = CO 2 (g) + CaO (s) 1) On introduit 0,1 mol de CaCO 3 à 820 C, dans une enceinte de 22,4 L ; la constante de cet équilibre vaut 0,2 ; déterminer la composition à l équilibre. 2) Si on augmente le volume de l enceinte V, dans quel sens se déplace l équilibre? Pour quelle valeur de V l équilibre est-il rompu? 3) Tracer P (pression dans l enceinte) en fonction de V (volume de l enceinte). 4) Tracer n (CO 2 formé) en fonction de V. Question de cours : Sujet 5 Les enthalpies de réaction et enthalpies standard de récation Exercice : Beguin Marine soit l équilibre en phase gazeuse : 2 NO + Br 2 = 2 NOBr 1) A 100 C et P= 1 bar, on introduit du NO et du Br 2 en quantité stœchiométrique ; à l équilibre la densité du mélange gazeux vaut 3,2 ; calculer la constante d équilibre K à cette température. 2) On amène la pression à 1,1 bar ; dans quel sens évolue l équilibre? Sujet 6 Exercice : Ribour Amélie Le magnésium métal peut être obtenu selon deux procédés différents : la pyrométallurgie (réduction de l oxyde à haute température) ou l électrométallurgie (électrolyse du chlorure de magnésium anhydre). On s intéresse à la préparation du magnésium par le procédé «Magnétherm» dans lequel l oxyde de magnésium est réduit par le silicium. C. Saury Page 4 sur 6

5 On rappelle la valeur de la constante des gaz parfaits R = 8,31 J.mol 1.K 1, les gaz sont supposés parfaits et la pression de référence est la pression standard P = 1 bar. Afin de déterminer les conditions optimales de réduction de l oxyde de magnésium (choix du réducteur, température, pression), on utilise un diagramme d Ellingham. 1- Ecrire les équations des réactions associées aux couples MgO/Mg et SiO2/Si. Le diagramme suivant représente les courbes relatives aux couples MgO/Mg et SiO2/Si entre 300 K et 2000 K. Les températures de fusion du silicium et du magnésium sont de 1685 K et 923 K respectivement. La température d ébullition du magnésium est de 1378 K. 2- La réduction de MgO par Si est-elle possible dans un domaine de température où tous les constituants physico-chimiques sont solides? Justifier. On considère la réaction représentée par l équation suivante, à 1600 K et sous pression réduite : Si (s) + 2 MgO (s) = SiO2 (s) + 2 Mg (g) 3- Calculer la variance d un système à l équilibre contenant Si(s), SiO2 (s), MgO(s) et Mg(g). Conclure. 4- Donner l expression de l affinité chimique de cette réaction en fonction de la pression totale P et de Péq, pression partielle du magnésium à l équilibre. En déduire dans quelle gamme de pression la réaction se produit dans le sens souhaité. Conclure Enthalpie libre standard SiO 2 / Si (J.mol -1 ) T f (Si) , , T (Mg) e MgO / Mg T (Mg) f T(K) Exercice : Allan Proust Ces alliages sont utilisés en particulier pour fabriquer des plombs de chasse (alliage à. l % d'arsenic). La figure 2 donnée en annexe représente le diagramme isobare d'équilibre solide/liquide du mélange binaire arsenic/plomb. 1. Indiquer l'état physique et la nature des phases présentes pour chacun des quatre domaines du diagramme. Les alliages plomb/arsenic sont-ils homogènes ou hétérogènes? C. Saury Page 5 sur 6

6 2. Comment nomme-t-on l'alliage contenant 2,8 % d'arsenic en masse? Quelle est sa particularité? Tracer schématiquement les courbes de refroidissement correspondant à deux mélanges liquides contenant respectivement 2,8% et 50% en masse d'arsenic. C. Saury Page 6 sur 6