Cinétique Chimique et Electrochimie (C232) Contrôle N 2 (Durée 1h30 min)

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Édouard Malo
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1 ENS 5 6 ème Année hysique Chimie Cinétique Chimique et Electrochimie (C3) Contrôle N (Durée h3 min) Exercice (7points) L adsorption de l oxyde carbone sur,964 g de charbon activé a été étudiée à C. On mesure le volume de gaz adsorbé, sous différentes pressions et ramené aux conditions NT. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau suivant : (mmhg) (cm 3 ) 7,5 6,5 5, 38, 5,3. Montrez, graphiquement, que les résultats satisfont l isotherme de FREUNDLICH. Calculez les constantes de cette équation.. Montrez aussi que ce système suit également l'isotherme de LANGMUIR et calculez les constantes de cette isotherme. 3. À partir de ces résultats, calculez le volume d oxyde de carbone adsorbé par g de charbon activé en équilibre avec une pression de 4 mmhg de CO, dans chaque cas. 4. Déterminer l écart en %, obtenu pour v max, entre les deux méthodes. Exercice (7 points) Le volume d'azote adsorbé par gramme de SiO à 77 K évolue, en fonction du rapport de la pression partielle d'azote et de la tension de vapeur : (ml/g) / a. Tracer l'isotherme d'adsorption = f(/ ). Quel est le type d isotherme obtient-on? Donner l équation qui permet de déterminer la surface spécifique du SiO. b. Déterminer les constantes de l'équation proposée. c. Calculer la surface spécifique du SiO, en m /g, sachant que l aire occupée par une molécule d azote est de 6. Å. d. Calculer H (adsorption) pour N (conditions normales) à atm si cm 3 sont adsorbés par kg de SiO à K et cm 3 sont adsorbés à C. Exercice 3 (6 points) ) On plonge une électrode de platine dans une solution contenant les ions aux concentrations suivantes : [Cr O 7 - ] = - mol.l -, [Cr 3+ ] = -3 mol.l -, à ph =. a. Donner l expression du potentiel pris par l électrode de platine. b. Calculer ce potentiel. ) On plonge une autre électrode de platine dans une solution contenant les ions aux concentrations suivantes : [Fe + ] = -3 mol.l -, [Fe 3+ ] = - mol.l -. Déterminer le potentiel de cette électrode. 3) On relie ces deux demi-piles par un pont électrolytique. a. Faire un schéma de la pile. Indiquer la polarité de chaque électrode ainsi que le sens de circulation des électrons lorsque la pile débite dans un conducteur ohmique. b. Déterminer la force électromotrice, E, de cette pile. c. Ecrire les deux demi réactions d oxydoréduction et l équation de fonctionnement de cette pile. Données : E CrO7 - /Cr 3+ =.33 et E Fe3+/Fe+ =.77.

ENS 5 6 ème Année hysique Chimie Corrigé Type EMD Exercice : (7points) - L isotherme de FREUNDLICH est de la forme : /max = k /n Ln y = Ln k + (/n) Ln La variable y représente la quantité exprimée

2 ENS 5 6 ème Année hysique Chimie Corrigé Type EMD Exercice : (7points) - L isotherme de FREUNDLICH est de la forme : /max = k /n Ln y = Ln k + (/n) Ln La variable y représente la quantité exprimée dans les conditions NT de gaz adsorbé sur le charbon actif à la pression expérimentale. Le traitement des données numériques par un outil comme Excel donne les résultats observables dans la figure qui suit (en n oubliant pas de ramener les quantités adsorbées par gramme de sorbant) : Ln y=lnv/v max,84,8,,6,9 Ln 4,9 5,9 5,73 6,9 6,78 Le coefficient de corrélation de la droite Ln y = f(ln ) est voisin de l unité. ar conséquent ce système est bien représenté par l isotherme de FREUNDLICH. De plus, la régression linéaire indique que l ordonnée à l origine est égale à,496 = Ln k et la pente à la droite est égale à /n =,7873. ar conséquent, - L isotherme de LANGMUIR s écrit: k =,899 et n =,7.

ENS 5 6 ème Année hysique Chimie À nouveau le traitement des données par Excel donne les résultats qui apparaissent sur la figure qui suit : La relation /x = f() est bien représentée par une droite :

3 ENS 5 6 ème Année hysique Chimie À nouveau le traitement des données par Excel donne les résultats qui apparaissent sur la figure qui suit : La relation /x = f() est bien représentée par une droite : le système suit l isotherme de LANGMUIR. De l ordonnée à l origine on obtient la valeur de a : /a = 7,949 et a = 3,58 (cm 3 /g)/ mmhg et b/a =,47; Donc b =,47 3,58 (mmhg) b =,884 4 (mmhg) 3- our connaître la quantité de CO adsorbé sous la pression de 4 mmhg, il suffit d'effectuer les applications numériques appropriées. Dans le cas de l isotherme de FREUNDLICH, on obtient : Ln y =,7873 Ln,496 =,7873 Ln 4,496 = 4,77,496 Ln y =,37 et y =,5 cm 3 /g Dans le cas de l isotherme de LANGMUIR, le calcul donne : 4 / x = /a + b / a = 7,949 +,47 4 = 37,89 x = 4 / 37,89 =,57 x =,57 cm 3 /g Il est intéressant de voir que les deux méthodes ne donnent pas le même résultat. L écart est cependant limité à quelque 5 %.

4 ENS 5 6 ème Année hysique Chimie Exercice (7 points) a. Le tracé de l'isotherme d'adsorption = f(/ ) pour / donne la courbe suivante : = f(/) = f(/).5 t C est l allure d une isotherme de type II. L équation qui permet de déterminer la surface spécifique du SiO c est : m S m N m (Eq. ), 4 où N c est le nombre d Avogadro : N = et où m c est le volume d azote adsorbé à la saturation (formation d une couche monomoléculaire). Ce volume est déterminé en utilisant l équation de l isotherme BET : m C (Eq. ) ( ) (C ) / Les constantes de cette équation sont : m et C. our déterminer ces deux constantes, il suffit de linéariser l équation, ce qui donne : C ( ) C m C m Soit / C ( / ) C m C m / En remarquant que : f ( / ) c est l équation d une droite de pente : ( / ) d ordonnée à l origine : / ( / ) (Eq. 3) C C m, il suffit de compléter le tableau des données et de tracer C m en fonction de /. On obtient la droite suivante :.5 t.5 t.5 t et.5 t

5 ENS 5 6 ème Année hysique Chimie y = f(/),4,3, y =,484x -,3 R² =,984 y = f(/).5 t, -,,5 Linéaire (y = f(/)) C On trouve : une pente :. 48 C m.5 t l ordonnée à l origine : t C m Il reste à résoudre le système d équations à deux inconnues ainsi obtenu. La résolution donne : m = 9.57 cm 3 /g et C =.8..5 t x b. our calculer la surface spécifique du SiO, en m /g, on utilise l équation et l application numérique donne : S m..5 t c. our calculer de H (adsorption) pour N (conditions normales) à atm si cm 3 sont adsorbés par kg de SiO à K et cm 3 sont adsorbés à C, il faut appliquer l équation : ln H R ( T T diff En appliquant l équation de Clausius-Clapeyron : d ln H ads H ads ln ( ) dt RT R T T ).5 t et en supposant que le gaz est parfait, ( = nrt) on en déduit que : ce qui donne : ln Application Numérique : H T ads ( ) H ads R( ) ln R T T T T T.5 t.5 t.5 t x

6 ENS 5 6 ème Année hysique Chimie 3 3 T K; T K; cm ; cm etr cal /( K mol) 73 ln / H ads cal / mol 73.5 t x Exercice 3 : (6 points) - Cr O H + + 6é = Cr H O a- E électrode = E CrO7 - / Cr /6 Log ([Cr O 7 - ] [H 3 O + ] 4 )/ [Cr 3+ ] b- E = E CrO7 - / Cr Log ( -. ( - ) 4 / ( -3 ) =.33. x =.3 - E = E Fe 3+ / Fe + +.6/ Log [Fe 3+ ]/ [Fe + ] = Log - / -3 = a- Schéma d une pile : Sens de déplacements des électrons ts b- U pile = E + - E - =.3.89 =.34 ts c- Equation bilan globale de la pile : Elle suit la règle du gamma : ole positif (): Cr O H + + 6é Cr H O ole négatif (): Fe + Fe 3+ + é Bilan global : () + 6x() Cr O H + + 6Fe + = Cr H O + 6 Fe 3+

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