RAPPEL SUR LE PLANNING DES SEANCES DES SEPI ET TD DU CYCLE PHARM1.

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1 RAPPEL SUR LE PLANNING DES SEANCES DES SEPI ET TD DU CYCLE PHARM1. GROUPES 3, 4, 5, 6 1, 2, 7, 8 SEPI Jeudi 4 avril Mardi 9 avril Thermochimie 9h 1h 14h 15h Cinétique chimique 1h 11h 15h 16h TD Jeudi 4 avril Lundi 15 avril amphi Lemarchands à La Tronche Thermochimie 13h 15h 8h 1h Cinétique chimique 15h 17h 1h 12h Chimie physique TD DE THERMOCHIMIE. Les QCM sont à préparer avant la séance de TD et seront corrigés en début de séance. Les exercices supplémentaires, qui ne sont pas sous forme QCM, seront travaillés et corrigés durant la séance de TD mais ne sont pas à préparer avant.!!! CE TD EST A PREPARER SANS L UTILISATION DE CALCULATRICE!!! Formulaire : Lois de Hess : r 298 = ν i. f X298 i rs 298 = ν i Si i X (X = H ou G) Expression de l affinité chimique en fonction de K et Qr : A = RT.ln K ( ) d ln ( K (T)) Relation de Van t Hoff : Q r rh = + dt RT 2 1

2 QCM L éthanol CH 3 CH 2 OH peut être préparé à partir d éthylène et de vapeur d eau selon la réaction 1: CH 2 =CH 2 (g) + H 2 O (g) = CH 3 CH 2 OH (g) On se place dans le cadre de l approximation d Ellingham. Données. Ethylène (g) Eau (g) Ethanol (g) f H (kj.mol -1 ) à 298 K 52, S (J.mol -1.K -1 ) à 298 K QUESTION 1. Parmi les items suivants, lequel (lesquels) est (sont) juste(s)? A. Une réaction de formation s écrit toujours à partir des éléments constitutifs dans leur état gazeux. B. La réaction 1 est la réaction de formation de l éthanol gazeux au sens thermodynamique. C. Le f H de l éthylène (g) correspond au r H de toute réaction formant une mole d éthylène gazeux. D. Le f H de l eau (g) correspond au r H d une réaction formant une mole d eau gazeuse à partir d une mole de H 2 (g) et d une mole de O (g). QUESTION 2. Que vaut l enthalpie standard de réaction r H 1? A. 59,5 kj/mol B. 424,5 kj/mol C. 45,5 kj/mol D. + 59,5 kj/mol QUESTION 3. Connaissant le signe de r H 1, que pouvez-vous en conclure? A. La réaction est endothermique. B. La réaction est exothermique. C. Quand T augmente, la constante de cet équilibre K 1 diminue. D. Quand T augmente, la constante de cet équilibre K 1 augmente. QUESTION 4. Parmi les items suivants, lequel (lesquels) est (sont) juste(s)? A. r S 1 < car la réaction dans le sens direct conduit à une désorganisation du système. B. r S 1 > car la réaction dans le sens direct conduit à une désorganisation du système. C. r S 1 < car la réaction dans le sens direct conduit à un système plus ordonné. D. r S 1 > car la réaction dans le sens direct conduit à un système plus ordonné. 2

3 QUESTION 5. Que vaut l entropie standard de réaction r S 1? A. 13 J/K/mol B J/K/mol C. 69 J/K/mol D J/K/mol QUESTION 6. Que vaut l enthalpie libre standard de réaction r G 1 à 5K? A. 1,5 kj/mol B. Environ 65 kj/mol C. + 19,5 kj/mol D. + 19,5 J/mol QUESTION 7. Connaissant r G 1 à une température donnée on peut calculer la constante d équilibre K 1 à la même température par la relation : A. K 1 = RT.ln( r G ) B. K 1 = RT.log( r G ) C. r G = RT.ln(K 1 ) D. r G = RT.log(K 1 ) QUESTION 8. Au sujet de la température d inversion de la réaction 1, quel(s) item(s) est (sont) juste(s)? A. C est la température pour laquelle r G 1 =. B. C est la température pour laquelle K 1 = 1. C. Elle existe nécessairement car r H 1 et r S 1 sont de même signe. D. Elle vaut 35 K. QUESTION 9. Au sujet de modifications de paramètres physiques une fois l équilibre de la réaction 1 établi, indiquer quel(s) item(s) est(sont) juste(s)? A. Une augmentation de température à pression constante déplace l équilibre dans le sens direct. B. Une augmentation de température à pression constante déplace l équilibre dans le sens indirect. C. Une augmentation de pression à température constante déplace l équilibre dans le sens direct. D. Une modification de pression à température constante est sans effet sur l équilibre. Questions 1 et 11. Pour simplifier les notations, on utilisera les indices A, B et C pour désigner une grandeur relative respectivement à l éthylène, à l eau et à l éthanol. Par exemple, la pression partielle de l eau sera notée P B. 3

4 QUESTION 1. Parmi les expressions du quotient de réaction associé à la réaction 1, indiquer quelle(s) expression(s) est(sont) juste(s) P. P A. Qr P. P B. C. = C A B. nt, g P Qr = n. n P Qr = n. n A A B T B V. P D. Qr = na. nb R. T QUESTION 11. Parmi les perturbations suivantes une fois l équilibre de la réaction 1 établi, quelle(s) est (sont) celle(s) dont on peut conclure qu elle(s) déplace(nt) l équilibre dans le sens de la formation d éthanol? A. Un retrait d éthanol (=composé C) à température et pression constantes. B. Un ajout de vapeur d eau (= composé B) à température et volume constants. C. Un ajout d air (considéré comme un mélange de N 2 et O 2 inerte) à température et pression constantes. D. Un ajout d air (considéré comme un mélange de N 2 et O 2 inerte) à température et volume constants. 4

5 EXERCICES SUPPLEMENTAIRES Exercice 1. On reprend la synthèse de l éthanol : CH 2 =CH 2 (g) + H 2 O (g) = CH 3 CH 2 OH (g) On se place à une température donnée. Partant d un état initial de 1 mol en éthylène, 1 mol en eau et mol en éthanol, sous une pression totale constante P T = 1 bar. A) On travaille en premier lieu à une température pour laquelle K 1 = (a) Estimer la valeur de l avancement à l équilibre en effectuant les approximations adéquates. (b) Quel est l état du système à l équilibre? B) On travaille maintenant à une température pour laquelle K 1 = 1 4. (a) Estimer les nombres de moles d éthylène et d eau restants à l équilibre en effectuant les approximations adéquates. (b) Quel est l état du système à l équilibre? Exercice 2. On rappelle que pour une demi-équation redox de type Ox + n.e = Red écrite dans ce sens, on définit une enthalpie libre standard de demi-réaction : r G * = n.f.e où E est le potentiel standard du couple redox considéré et F la constante de Faraday (F = 96 5 c.mol -1 ). Données (à 298K) : E 1 (Fe 3+ /Fe 2+ ) = +,77 V E 2 (Ni 2+ /Ni(s)) =,23 V On considère une pile formée par deux demi-piles: la première contient du nickel solide (électrode) et des ions Ni 2+ en solution aqueuse la seconde contient et des ions Fe 3+ et Fe 2+ en solution aqueuse (l électrode étant en platine, métal noble inattaquable) Le fonctionnement de la pile est donc basée sur la réaction entre les espèces des couples Ni 2+ /Ni(s) et Fe 3+ /Fe 2+. A) (a) A la vue des valeurs des E, quelle est à votre avis la réaction spontanée permettant à la pile de débiter? (b) Ecrire son équation chimique avec les coefficients stœchiométriques entiers les plus petits possibles. B) (a) Exprimer en fonction des potentiels standard l enthalpie libre standard de réaction à 298K. (b) Faire l application numérique. C) Donner une expression numérique en puissance de 1 de K à 298K. On prendra RT/F.ln (x) =,6 log(x) à 298 K. 5

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