b) la diminution de pression créée dans la bouche permet à la pression atmosphérique de pousser le liquide à monter dans la paille ;

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1 CHAITRE 4 LES GAZ QUESTIONS. a) uisque, das le coteat, et sot costats, la pressio est proportioelle à la température T. L augmetatio de T peut ameer à ue valeur dépassat la résistace des parois du coteat ; b) la dimiutio de pressio créée das la bouche permet à la pressio osphérique de pousser le liquide à moter das la paille ; c) la pressio osphérique extérieure pousse sur les parois de la caette. E absece de pressio cotraire exercée par l air extérieur, la caette s affaisse ; d) la «dureté» des parois de la balle de teis déped de la différece de pressio etre l air itérieur et la pressio extérieure. Ue balle de teis coçue pour le iveau de la mer deviet plus dure à haute altitude, sa pressio itérieure deveat plus grade que la pressio extérieure. De même, ue balle de teis «haute altitude» est plus le au iveau de la mer. 4. Das u état codesé (liquide ou solide), les écules sot très rapprochées alors que das l état gazeux elles sot très éloigées. U échatillo gazeux est costitué e majeure partie de vide. Il est doc ormal qu ue e de H O(g) occupe u volume beaucoup plus grad qu ue e de H O(l). 5. La coloe d eau doit être,6 fois plus haute que la coloe de mercure, état doé que l eau est,6 fois mois dese que le mercure. 6. La courbe de e foctio de / est icorrecte. La courbe devrait être ue droite de pete positive et d ordoée à l origie zéro. k de sorte que k(/). Cette équatio est de la forme d ue droite y mx + b. L axe des y est la pressio et l axe des x est /. 7. La dimiutio de température provoque la cotractio du ballo ( et T sot directemet reliés). Comme les ballos-sodes preet de l expasio, l effet de la dimiutio de la pressio doit être domiat. 8. Coteat rigide : à mesure que la température augmete, les écules de gaz se déplacet à ue vitesse moyee plus rapide. Cela provoque des collisios plus fréquetes et plus violetes causat ue augmetatio de température. Masse volumique masse/volume; le ombre de es de gaz et le volume du coteat sot costats, de sorte que la masse volumique est idépedate de la température (la masse volumique est costate). Coteat flexible : le coteat flexible est u coteat à pressio costate. ar coséquet, l augmetatio de température iflue pas sur la pressio itere. Cepedat, la masse volumique du gaz varie parce que le volume du coteat varie. Lorsque T 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

2 76 Chapitre 4 Les gaz augmete, il y a ue augmetatio immédiate de à l itérieur du coteat. Le volume du coteat pred de l expasio afi de rameer la pressio itere égale à la pressio extere. U volume plus grad cotiet la même masse de gaz. Das le coteat flexible, la masse volumique du gaz dimiue lorsque T augmete. 9. No ; à toute température différete de 0, il y a ue distributio des éergies ciétiques. De la même faço, il y a ue distributio des vitesses à toute température différete de 0. C est parce qu il y a ue répartitio des vitesses des particules de gaz à toute T que la distributio des éergies à ue température spécifique existe. 0. NH (g) N (g) + H (g) : quad les réactifs sot covertis e produits, o passe de es de réactifs gazeux à 4 es de produits gazeux ( N + H ). Lors de la coversio des réactifs e produits, le volume des gaz double (à et T costates) parce que le ombre de es double., (costate) ; la pressio est directemet proportioelle à quad T et sot costats. Quad la réactio a lieu, le ombre de es de gaz double de sorte que la pressio double. Comme de N est produite chaque fois que de NH ot réagi, /. o N NH o À cause du rapport de es pour das l équatio équilibrée, /. H NH Note : + / + /. o o o tot H N NH NH NH Tel que metioé précédemmet, la pressio totale double par rapport à la pressio iitiale de NH quad la coversio des réactifs e produits est complétée.. Les éocés a), c) et e) sot vrais. Das le cas de l éocé b), si la température est costate, l éergie ciétique moyee sera costate, quelle que soit la ature du gaz (éergie ciétique moyee / ). Das le cas de l éocé d), à mesure que T augmete, la vitesse moyee des écules de gaz augmete. Lorsque des écules de gaz se déplacet plus rapidemet, l effet des iteractios etre les particules est dimiué. Das le cas de l éocé f), la théorie ciétique prédit que est directemet proportioelle à T, lorsque et sot costats. À mesure que T augmete, les écules de gaz se déplacet plus rapidemet e moyee, ce qui provoque des collisios plus fréquetes et plus violetes, etraîat ue augmetatio de. EXERCICES ressios. a) 4,8 760 mm Hg,6 0 mm Hg b),6 0 mm Hg,6 0 torr torr mm Hg 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

3 Chapitre 4 Les gaz 77 c) 4,8,0 0 5 a 4,9 0 5 a d) 4,8 4,7 psi 7 psi. 6,5 cm Hg 0 mm Hg torr 65 torr cm Hg mm Hg 65 torr 0, ka 760 torr 000 a 8,7 0 a ka 65 torr 760 torr 8, La pressio das le ballo est plus petite que la pressio osphérique. osphérique?h a) 760 torr ( 40 mm Hg) 60 torr 60 torr 60 torr 760 torr 760 torr 0,8 0, ka 000 a 8, 0 4 a ka b) La pressio das le ballo est plus grade que la pressio osphérique. osphérique +?h 760 torr + ( 75 mm Hg) 95 torr 95 torr 95 torr 760 torr 760 torr, 0, ka 000 a,5 0 5 a ka c) a) 60 torr + ( 75 mm Hg) 785 torr b) 60 torr ( 40 mm Hg) 470 torr 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

4 78 Chapitre 4 Les gaz 5. À et T costats, costate,. Au iveau de la mer,, mm Hg. 760 mm Hg,0 500 mm Hg L,0 L Le ballo éclatera à cette pressio puisque le volume doit augmeter au-delà de la limite de,5 L. 6. La pressio état costate et le ombre de es aussi, o peut appliquer la loi de Charles, /T /T. T T 700 ml 00 (7, + 0,0) 9 ml Comme prévu, le volume a dimiué proportioellemet à la température. 7. Selo la loi d Avogadro, / / à T et costates., L,00 0,500 44,8 L Comme prévu, l augmetatio du ombre de es de gaz a fait augmeter le volume. 8. La coversio de NO e N O 4 dimiuera de moitié le ombre de es de gaz. Selo la loi d Avogadro, 5,0 ml,,5 ml N O 4 (g) occupera doc la moitié du volume origial de NO (g). 9. a), T R torr 0,0806 L 0,005 (875 torr ) 75 L C b) 0,0806 L 0,00 0,00 L 5,0 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

5 Chapitre 4 Les gaz 79 c) 0,0806 L,00, ,5 L d) - (688 torr ) torr 0,0806 L 565 L, ,0 L 0,0806 L (7 + 4), 0 our He :, 0 4,00 g He 4,44 0 g He our H :, 0,06 g He,4 0 g H. T R; pour u gaz das deux états : T T ; état doé que et sot costats : T T T T 500 torr 94, 758 torr 970 7,0 0 C. a) ; 75 g Ar Ar 9,95 g Ar 4,8 Ar T R 0,0,50 L 0,0806 L 4,8 69,6 b) ; 0,0806 L 4,8,50 L 5, 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

6 80 Chapitre 4 Les gaz. our u gaz das deux états : T T État doé que est costat : T T, T T, torr torr,77 de gaz ajoutées,77,50,7 Das le cas des problèmes pour u gaz das deux états, les uités de et de doivet être les mêmes pour les deux états et pas écessairemet des et des L. Les coversios des uités à partir d autres uités de ou de s aulet quad o les applique aux deux états. Cepedat, la température doit toujours être exprimée e kelvis. Les coversios e kelvis de la température à partir des autres uités e s aulet pas l ue l autre. T 4. a) À et costats,, T T T 40, ,6 T, T 7 b) T T 50 40,0,0 0 T c) T 7 5,0 40,0 7 5., costate : T R costate, T T T T 95 ka 5,0 0 ml (7 + 80) 5 ml (7 + 0) 6,8 0 ka T R ; ; 6. T T T T T torr torr 88 98,5 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

7 Chapitre 4 Les gaz 8 7., est costat. T R costat, T T T 94 4,0 0 m 0,9 T 5 4,00 0 m Masse volumique, masse aire et stœchiométrie réactioelle 8. TN : T 7 et,00 ; à TN, le volume aire d u gaz est,4 L.,00 L O O,4 L 4 Al 6,98 g Al, g Al O Al 9. CO (s) CO (g) ; 4,00 g CO CO 44,0 g CO 9,09 0 CO À TN, le volume aire d u gaz est,4 L. 9,09 0 CO,4 L CO,04 L 40. NaN (s) Na(s) + N (g) N, 00 70, 0 L, N écessaire pour gofler le sac. 0,0806 L 7 masse de NaN qui a réagi, N NaN N 65,0 g NaN 5 g NaN NaN 4. État doé que la solutio est à 50.0 % de H O e masse, la masse de H O décomposée est de 5/ 6.5 g. 6,5 g H O H O 4,0 g H O O H O 0,99 O 0,0806 L 0, torr 760 torr,0 L O 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

8 8 Chapitre 4 Les gaz 4. H 00 cm L, m m 000 cm 0,0806 L 7, 0 5, 0 5 H occupet le ballo. Cela correspod à 80% de tout l hydrogèe préparé. 00 H (total), 0 5,6 0 5 H 80,6 0 5 H Fe H 55,85 g Fe,5 0 7 g Fe Fe,6 0 5 H HSO H 4 98,09 g HSO HSO g g solutio H SO 4,6 0 7 g d acide sulfurique à 98% 4. CH OH + /O CO + H O ou CH OH(l) + O (g) CO (g) + 4H O(g) 50,0 ml 0,850 ml g, CH OH(l) e présece,04 g O,00,8 L 0,0806 L 00,85 O e présece, CH OH réactio. O CHOH,00 O écessaires pour compléter la Nous avos seulemet,85 O, (alors) O est limitat.,85 O 4 HO O,47 H O 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

9 Chapitre 4 Les gaz our l ammoiac (e ue miute) : NH L 0,0806 L 496, 0 NH NH péètre das le réacteur à ue vitesse de, 0 /mi. our CO (e ue miute) : L CO 6,6 0 CO 0,0806 L 496 CO péètre das le réacteur à 6,6 0 /mi. our réagir complètemet avec, 0 NH /mi, il faut :, 0 mi NH CO NH 5,5 0 CO /mi uisqu o a 660 CO /mi, l ammoiac est le réactif limitat., 0 mi NH urée NH 60,06 g urée urée, 0 4 g urée/mi 45. a) CH 4 (g) + NH (g) + O (g) HCN(g) + H O(g) ; CH 4 (g) + NH (g) + O (g) HCN(g) + 6H O(g) b), T et costates ;, uisque les volumes de gaz présets sot directemet proportioels à leurs ombres de es (loi d Avogadro), la réactio équilibrée fourit à la fois des ombres de es et des volumes : aisi, pour produire L de HCN, il faut L de CH 4, L de NH et L de O. Or, les volumes e présece sot 0,0 L CH 4, 0,0 L NH et 0,0 L O (au lieu de 0,0 L O selo la stœchiométrie). O est doc le réactif limitat. Le volume de HCN produit sera doc : 0,0 L O L HCN L O, L HCN 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

10 84 Chapitre 4 Les gaz 46. masse aire ρ où ρ masse volumique du gaz e g/l masse aire 0,0806 L,64 g / L 7,,000 70,98 g/ Le gaz est diatomique, par coséquet la masse atomique 70,9/ 5,47. C est la masse atomique du chlore et le gaz est Cl. 47. m ; M m ; M m M ; M 0,80 g 8,4 ka L 7 00 ka 0,56 L 97 g/ our la formule empirique CHCl, o a 48,47 g/ formule empirique 97 g formule,0 48,47 g formule éculaire : C H Cl 48. ρ UF 6 (masse aire) 745 torr 5,0 g/ 760 torr 0,0806 L,6 g/l 49. ρ (masse aire)/; il faut détermier la masse aire moyee de l air. O obtiet cette valeur e utilisat les fractios aires doées. Si o a,000 d air : 8,0 g N Masse aire moyee 0,78 N N + 0, O,00 g O O +0,00 Ar 9,95 g Ar Ar 8,98 9 g ρ air,00 9 g / 0,0806 L 7, g/l 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

11 Chapitre 4 Les gaz 85 CO 50. CO CO ka L 00 5,6 g CO 8,5 44,0 g CO 4,0 L pressio partielle de CO 79 ka 79 ka TOT CO + air ( ) ka 78 ka 5. O utilise l égalité pour chaque gaz, puisque T et sot costats. pour H : 475 torr,00 L,00 L 7 torr pour N : 0,00,00,00 L L 0,0667 ; 0, torr 50,7 torr totale + H N ,7 68 torr 5. a) χ 0,75 CH4 0,4 ; χ,000-0,4 0,588 CH4 O totale 0,75 + 0,50 b), total totale 0,45 0,5 L 0,0806 L 8 0,6 CH4 c) χ, CH 4 CH χ 4 CH total 0,4 0,6 6,6 0 CH 4 4 total 6,6 0 CH 4 6,04 g CH 4,06 g CH 4 CH4 0,588 0,6 9,47 0 O O ; 9,47 0 O,00 g O O,0 g O 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

12 86 Chapitre 4 Les gaz 5. Si o avait 00,0 g de gaz, o aurait 50,0 g de He et 50,0 g de Xe. χ He He He + Xe 50,0 g 4,00 g / 50,0 g 50,0 g + 4,00 g /, g /,5 He,5 He + 0,8 Xe 0,970 He χ He totale 0, torr 58 torr; Xe torr 54. TOT +,,0 + torr H H O H, H,0 0, torr 0,990 H H 0, L 0,0806 L 0 9,56 0 H 9,56 0 H Z H 65.8 g Z 0,65 g Z Z 55. our calculer le volume de gaz, o peut utiliser total et total ( tot / tot ), ou o peut utiliser He et He ( He / He ). État doé que est icou, o utilise He et He. HO He + HO, torr He +,8 torr, He 76 torr He 0,586 g 0,46 He 4,00 g He He 0, 0806 L 0, torr 760 torr,69 L 56. NaClO (s) NaCl(s) + O (g) +, 74 torr 9,8 torr 74 torr totale O HO O totale HO 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

13 Chapitre 4 Les gaz 87 O O 0, ka 74 torr 760 torr 8,5 ka L (7 + 0,057 ) L, 0 O masse NaClO décomposée, 0 O NaClO 06,44 g NaClO 0,58 g NaClO O NaClO % NaClO 0,58 g 0,8765 g 00 % 8,0% 57. 0,0 7,6.48 est la pressio de la quatité de F qui a réagi., et T sot costats. costate, ou es F réagies es Xe réagies,48,4,00; par coséquet : Xe + F XeF HN (g) N (g) + H (g); à et T costats, est directemet proportioelle à. Das la réactio, o passe de es de réactif gazeux à 4 es de produits gazeux. État doé que le ombre de es double, la pressio fiale double. ( tot 6,0 ). De même, e utilisat le rapport aire : etre HN et H, la pressio partielle de H est de,0/,5. La pressio partielle de N est de / (,0 ) 4,5. Cette valeur est obteue à l aide du rapport aire : etre HN et N g (CH ) N H (CH ) 60,0 g N H N (CH ) N 7,5 N produites H N 0, 0806 L 7,5 00 0,74 50 L HO O pourrait effectuer des calculs semblables pour et puis calculer totale ( N + + ). Ou bie o pourrait costater qu il se forme au total 9 HO CO de produits gazeux. C est fois le ombre de es de N produites. ar coséquet, tot est fois plus élevée que tot 0,74,. N N CO 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

14 88 Chapitre 4 Les gaz Théorie ciétique des gaz et gaz réels J 60. À 7 : 8,5 J 7,40 0,40 kj/ 5, J/écule à 546 : 8,5 J J 546 6,8 0 6,8 kj/, 0-0 J/écule 6. Ar 8 g 9,95 g/ 5,7 Ar; χ CH 4 CH 4 CH4 0, , 7 CH4 Ar CH4 CH 4 CH 4 CH 4 CH 4 4 0,650 ( + 5,7),,7 0,50, 0,6 CH pour totale (0,6 + 5,7) / 8,45 J/ 98 6, J 60,6 kj 6. u quadr. M / 8,5 J, où R et M masse aire e kg,604 0 kg/ pour CH 4 pour CH 4 à 7 : u quadr. 8,5 J 7,604 0 kg/ / 65 m/s De même u quadr. pour CH 4 à 546 est de 9 m/s. / 6. u quadr., où R M 8,5 J et M,80 0 kg/ pour N pour N à 7 : u quadr. 8,5 J 7,80 0 kg/ / 49 m/s De même, pour N à 546, u quadr. 697 m/s. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

15 Chapitre 4 Les gaz u quadr M / ; u u UF 6 He M UF6 UF6 M He He / / M M T He UF6 UF6 T He / O veut que les vitesses quadratiques moyees soiet égales; cela se produit lorsque M T M T. Le rapport des températures est : He UF6 UF6 He T UF6 UF6 T He M 5,0 87,9 M 4,00 He our que les vitesses quadratiques moyees soiet égales, les écules UF 6 plus lourdes ot besoi d ue température 87,9 fois plus élevée que celle des atomes He. 65. vitesse moyee collisios gaz-parois éergie des collisios a) augmete augmete augmetet augmete b) dimiue dimiue dimiuet dimiue c) e varie pas e varie pas augmetet e varie pas d) e varie pas e varie pas augmetet e varie pas 66., T et sot tous costats, par coséquet, doit être costat. Comme o a u ombre égal de es de gaz das chaque coteet, les écules du gaz B doivet être plus lourdes que les écules du gaz A. a) Les deux échatillos de gaz ot le même ombre de écules présetes ( est costat). b) État doé que T est costate, doit être la même pour les deux gaz ( / ). c) Les écules du gaz A plus légères ot la vitesse moyee la plus élevée. d) Les écules de gaz B plus lourdes effectuet des collisios plus violetes, mais les écules du gaz A, qui ot ue vitesse moyee plus élevée, effectuet des collisios plus fréquetes. Le résultat et est que est costate das les deux coteats. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

16 90 Chapitre 4 Les gaz 67. a) L éergie ciétique moyee est idépedate de la ature du gaz. Elle déped seulemet de la température. La température est la même das chaque ballo, l éergie ciétique moyee est doc la même das chaque ballo. b) La température est la même das chaque ballo. ar coséquet, la vitesse moyee e déped que de la masse aire. lus la masse aire est petite, plus la vitesse moyee est élevée. H a la masse aire la plus petite, c est doc das le ballo C que la vitesse moyee est la plus élevée. 68. La loi de la vitesse d effusio de Graham : vitesse vitesse M M / Soit le fréo- gaz et fréo- gaz :,07 7, 4, 00 M / 7,4,,4, M M g/ La masse aire de CF Cl est égale à g/, par coséquet le fréo- est CF Cl. 69. vitesse vitesse M M / ; 4,0 ml vitesse, mi vitesse 47,8 ml mi 6,4 g, M et M? 4,0 6,04 47,8 M / 0,50 ; 6,04 (0,50) M ; M 6,04 0,5 6,7 g 70. vitesse vitesse M M /, C O 0,0 C O 9,0 7 8 / 6 C O 0,0,0 ; 8 C O 8,0 /,04 Les vitesses d effusio relatives de C 6 O : C 7 O : C 8 O sot,04 :,0 :,00. Avatage : CO est mois toxique que CO. Désavatages majeurs de CO par rapport à CO :. Avec isotopes pour O, plusieurs masses aires existet pour CO : 44, 45, 46, 47, 48.. Certaies sortes de CO seraiet iséparables, puisqu elles ot la même masse aire : C 6 O 8 O et C 7 O 7 O. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

17 Chapitre 4 Les gaz 9 7. vitesse vitesse M M / où M masse aire ; Gaz () He, Gaz () Cl,0 L / 4,5 mi 70,90 t,,0 L 4,00 4,5 mi t 4,09, t 9 mi 7. a) 8,5 ka L 0,5000,0000 L (5,0 + 7,) 40 ka b) + a ( b) ; pour N : a 4 ka L / et b 0,09 L/ 0, ka,0000 (,0000 L 0,5000 0,09 L) 40 ka L ( + 5,5 ka) (0,9805 L) 40 ka L 40 ka L 5,5 ka 9 ka 0,9805 L La loi des gaz parfaits doe ue valeur trop élevée de ka 9 ka 00 % 0,90 % 7. a) 8,5 ka L 0,5000 0,000 L (98, ) 4,0 ka b) + a ( b) ; pour N : a 4 ka L / et b 0,09 L/ 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

18 9 Chapitre 4 Les gaz 0, ka 0,000 (0,000 L 0,5000 0,09 L) 40 ka L ( + 0,55 ka) (0,000 L 0,096 L) 40 ka L + 0,55 ka 40 ka L 9,980 L 4, ka, 4, 0,55,8 ka c) La différece etre les deux pressios est que de 0,6 %. d) À pressio plus faible, le comportemet réel des gaz se rapproche plus de celui prédit par la loi des gaz parfaits. Chimie de l osphère 74. χ NO selo le tableau 4.4 ; NO χ NO totale 5 0 7, , _ ,0806 L NO/L _ 8 0 L 6, 0 0 écules L 000 cm 0 écules NO/cm 75. N (g) + O (g) NO(g), source : moteurs d automobile et éclairs NO(g) + O (g) NO (g), réactio avec O de l osphère NO (g) + H O(l) HNO (aq) + HNO (aq), réactio avec H O de l osphère S(s) + O (g) SO (g), combustio du charbo SO (g) + O (g) SO (g), réactio avec O de l osphère H O(l) + SO (g) H SO 4 (aq), réactio avec H O de l osphère 76. HNO (aq) + CaCO (s) Ca(NO ) (aq) + H O(l) + CO (g) H SO 4 (aq) + CaCO (s) CaSO 4 (aq) + H O(l) + CO (g) 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

19 Chapitre 4 Les gaz 9 EXERCICES SULÉMENTAIRES 77. a) b) c) R costate T cost. T T R cost. T / d) e) costate f) costate costate T R costate T / 78. À T et costates, la loi d Avogadro s applique : des volumes égaux de gaz cotieet le même ombre de es. Comme F Br, l équatio suivate traduit la réactio : Br + F X. es de X doivet coteir es de Br et 6 es de F. X a doc la formule BrF.,54 cm 0 mm,54 cm L 79. 4, 0 po Hg po po cm 760 mm po 000 cm 0,77 L ; Das l exemple 4., les valeurs de k se situet autour de L. État doé que k, o peut supposer que les doées de Boyle et celles de l exercice 4. ot été prises à des températures différetes ou pour des ombres de es différets. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

20 94 Chapitre 4 Les gaz 80. État doé que le coteat est flexible, o suppose que est costate. Le ombre de es de gaz présetes est égalemet costat., ; sphère 4/ π r T T T T T, 4/ π ( r ) T 4 / π (,00 cm) 6 80 r 6,9, r (,9) /,09 cm rayo de la sphère après chauffage M(s) + x HCl(g) MCl x (s) + x H (g) H 0,95, L 0,0806 L 7 0,00 H ombre de de Cl das le composé HCl 0,00 H x x Cl H 0,00 Cl Cl M 0.00 Cl M,747 g M 54,94 g M 0,00 Cl 0,05000 M 4,00 La formule du composé est MCl H (g) + O (g) H O(g); état doé que et T sot costates, le rapport des volumes est égal au rapport des ombres de es. ( f / i f / i ). Soit x H O présetes au départ. H est limitat état doé que d après l équatio équilibrée il faut u rapport : etre H et O ; or le rapport etre les es présetes est que de :. ar coséquet, il y aura pas de H préset ue fois la réactio complétée. Il y aura cepedat productio d u excès de O (g) aisi que de H O(g). O O qui ot réagi x H H x/ O O restates x O iitiales x/ O qui ot réagi x/ O 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

21 Chapitre 4 Les gaz 95 H O produites x H H H O x H O Nombre de total au départ x H + x O x Nombre de total après la réactio x/ O + x H O.5 x f i f i.5 x x.5 0,75; f / i 0,75:l or :4 8. Appliquos le loi de Boyle pour résoudre le problème. costate, Soit l état () correspodat à H proveat du réservoir qui peut servir à gofler les ballos. O doit laisser,0 de H das le réservoir, de sorte que 00,00 99 et 5,0 L. L état () correspod au ballos goflés avec,00 et N(,00 L) où N est le ombre de ballos goflés, chacu ayat u volume de,00 L. 99 5,0 L,00 N(,00 L), N 49,5; o e peut pas gofler 0,5 ballo, par coséquet, N 49 ballos ou, à chiffres sigificatifs, 490 ballos. 84. ombre de de He prélevées, 00, 75 0 L 0,0806 L 98 Das le coteat au départ, 7,6,960 -,70 0,50. 7, de He exerce ue pressio partielle de 5 7,6 0 0, ,50 7,00 0 L 7,00 ml 85. our O, et T sot costats, de sorte que. 785 torr,94 L,00 L 76 torr O tot +, O O HO H torr 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

22 96 Chapitre 4 Les gaz 86., et T sot costats. ou Lorsque et T sot costats, la pressio est directemet proportioelle au ombre de es de gaz présetes, et le rapport des pressios est idetique au rapport des ombres de es. à 5 C : H (g) + O (g) H O(l); H O(l) est produit. Selo l équatio équilibrée, il faut H pour chaque O qui a réagi. Le même rapport (:) s applique aux uités de pressio. Le rapport des pressios réel est de H par rapport à de O, bie e déçà du rapport : requis. ar coséquet, H est le réactif limitat. Le seul gaz préset à 5 C ue fois la réactio complétée est O e excès. O (qui a réagi),00 H O H,00 O O O O (e excès) (iitialemet) - (qui a réagi),00 -,00,00 O À 5 C : H (g) + O (g) H O(g); H O(g) est produit. totale La pricipale différece das le problème est que de l eau à l état gazeux est maiteat produite, ce qui augmete la pressio totale. (produit),00 H HO H O,00 H O H totale (e excès) + (produit).00 O +,00 H O 4,00 O HO 87.,00 0 kg Mo 000 g Mo, Mo kg 95,94 g Mo, Mo MoO Mo 7/ O, O MoO O O 4 0, 0806 L, , L of O, Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

23 Chapitre 4 Les gaz 97 8, L O 00 L air L O 4, 0 6 L air, Mo H Mo, 0 4 H H 4 0, 0806 L, ,4 0 5 L of H, Quatité d éthaol produite : g CH5OH,0 g jus cm 750 ml jus 00 g jus cm jus ml CH5OH 46,97 g C H OH 5,0 C H 5 OH (,95) volume de CO 85 ml 750 ml 75 ml ; 75 ml L 000 ml 0,075 L CO,95 C H 5 OH C H OH 8,5 ka L 9 0,075 L 5 6, 0 4 ka E fait, la pressio sera beaucoup plus petite parce que le CO se dissout e grade partie. 89. our Be +, la formule est Be(C 5 H 7 O ) et M,5 + 5() + () + 6(6) g/. our Be +, la formule est Be(C 5 H 7 O ) et M 9,0 + 0() + 4() + 4(6) 07 g/. Expériece I : 8,5 ka L 0,0 g 86 m M 0, ka torr _ (765, torr ), 6 L 09 g/ Expériece II : M 8,5 ka L 0,4 g 90 m 0, ka torr _ (764, 6 torr ) 6, 0 L 0 g/ 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

24 98 Chapitre 4 Les gaz Ces résultats état rapprochés de la valeur 07 g/ du composé Be(C 5 H 7 O ), cela idique que Be est u métal divalet. 90. N 96,8,7 9,6 ka N p L 9,6 ka,8 ml 000 ml 8,5 ka L 98 0,000 N N masse N 0,000 N N N 4, g N 0,06 g N N % massique 0,06 g N 0, 5 g échatillo 00 %, % N 9.,5 mg CO,0 mg C 44,0 mg CO 9,4 mg C ; % C 9,4 5,0 mg 00 % 6, % mg 4, mg H O,06 mg H 8,0 mg H O 4,60 mg H ; % H 4,60 5,0 mg mg 00 %, % N 740 _ 5,6 L 0 N 760 0,0806 L 98,4 0 N,4 0 N 8,0 g N,98 0 g N 9,8 mg N N % N 9,8 65, mg mg 00 % 6,0 % O peut aussi obteir % N par différece : % N 00,0 (6, +,) 60,8 % our 00,0 g de composé : 6, g C, g H,0 g,008 g,7,7 C ;,00,7,0,0 H ; 5,99,7 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

25 Chapitre 4 Les gaz 99 60,8 g N 4,0 g 4,4 4,4 N ;,00,7 formule empirique : CH 6 N vitesse vitesse / M 6,4,07 9,95, M (,07) 9,95 45,7 g/ 4,6 masse de la formule empirique Doc, la formule éculaire est aussi CH 6 N. 9. La pressio augmetera parce que les écules H plus légères vot péétrer das le coteat A plus vite que les écules de l air e sortirot. ROBLÈMES DÉFIS 9. a), et T sot costats., Utilisos la méthode suivate : calculos la pressio de C H N que pourrait produire chaque réactif. Le réactif qui produira la plus faible quatité de C H N sera le réactif limitat. b) C 0,500 Ma HN CHN 0,800 Ma C H N CH 0,500 Ma si C H 6 est limitat 6 C H N NH 0,800 Ma si NH est limitat CHN,500 Ma C H 6 est doc limitat. CHN O,000 Ma si O est limitat CHN 500 ka 50 L 8,5 ka L 98 0, C H N 0, 5,06 g,6 0 g C H N 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

26 00 Chapitre 4 Les gaz 94. BaO(s) + CO (g) BaCO (s) ; CaO(s) + CO (g) CaCO (s) i i es iitiales CO 750,50 L 760 0,0806 L 0, 0,0595 CO f f es fiales CO 0,50 L 760 0,0806 L 0, 0,08 CO 0,0595 0,08 0,04 CO a réagi uisque chaque métal réagit avec CO das u rapport :, le mélage cotiet doc 0,04 de BaO et CaO. Les masses aires de BaO et CaO sot respectivemet de 5, g/ et 56,08 g/. Soit x masse de BaO et y masse de CaO, alors : x y x + y 5,4 g et + 0,04 5, 56,08 résolutio : x +,74 y 6, x y 5,4,74 y,9 y 0,686 g CaO et 5,4 y x 4,45 g BaO % BaO 4,45 g BaO 5,4 g 00 % 86,6 % ; % CaO 00,0 86,6,4 % 95. Cr(s) + HCl(aq) CrCl (s) + /H (g) ; Z(s) + HCl(aq) ZCl (s) + H (g) H produites 750 torr 0,5 L 760 torr 0,0806 L (7 + 7) 9,0 0 H 9,0 0 - H H produites par Cr + H produites par Z. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

27 Chapitre 4 Les gaz 0 Selo l équatio équilibrée : 9,0 0 H Cr (/) + Z Soit x masse de Cr, et y masse de Z, alors : x + y 0,6 g et 9,0 0,5 x y + 5,00 65,8 résolutio : 9,0 0 0,0885 x + 0,050 y 0,050 0,6 0,050 x 0,050 y,48 0 0,055 x masse Cr, , 055 0,57 g y masse Z 0,6 g 0,57 g 0,05 g Z ; % Z 0,05 0,6 g g 00 % 9,0 % 96. E supposat,000 L d hydrocarbure (C x H y ), le volume des produits est de 4,000 L et la masse des produits (H O + CO ) est de :,9 g/l 4,000 L 5,564 g de produits ombre de es C x H y C H x y 0,959,000 L 0,0806 L 98 0,09 ombre de es de produits p,5 4,000 L 0,0806 L 75 0,96 C x H y + oxygèe x CO + y/ H O Établissos deux équatios : 0,09x + 0,09(y/) 0,96 (ombre de de produits) 0,09x(44,0 g/) + 0,09(y/)(8,0 g/) 5,564 g (masse de produits) E résolvat : x et y 6, de sorte que la formule de l hydrocarbure est C H Soit SO O et z He. a) M où M masse aire 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

28 0 Chapitre 4 Les gaz,94 g/l,000 M 0,0806 L 7,, M mélage 4, g/ E supposat que le ombre total de es du mélage présetes est de,000, alors : + + z,000 et : 64,07 g/ +,00 g/ + 4,00 g/ z 4, g + z,000 et 96,07 + 4,00z 4. Résolutio : 0,444 et z 0,4 ar coséquet, χ He 0,4 /,000 0,4 b) SO (g) + O (g) SO (g) Supposos au départ, 0,444 SO, 0,444 O et 0,4 He. uisque SO est limitat, o obtiet à la fi 0, O, 0,444 SO et 0,4 He das le mélage de gaz produits. ar coséquet, iit,0000 et fial 0,7779. ρ m, mais la masse est costate. ar coséquet, ρ masse et, de sorte que, ρ., 0000 ρ, 0000, ρ 0, 7779 ρ 0, g/l, ρ.47 g/l 98. a) La réactio est : CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O(g) ; costat ; pour avoir fois plus de O : E ue miute : CH4 CH4 O O CH4 O O O 6 CH, 6 4 CH4 ; 0, O air 0, O CH4 O C 4 CH4 H 00 L 6 O,50 0, 8,6 0 L O 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

29 Chapitre 4 Les gaz 0 Débit requis : 8,6 L 00 L air 0 O mi 4, 0 4 L air/mi L O b) our de CH 4 e réactio, 6 O ot été itroduites pour produire 0,950 CO et 0,050 de CO. H O doivet aussi être produites pour balacer l hydrogèe. CH 4 + O CO + H O ; CH 4 + /O CO + H O Quatité d O e réactio : 0,950 CO 0,050 CO O,90 O CO,5 O 0,075 O CO Quatité d O ayat pas réagi 6,00,90 0,075 4,0 O 79 N Quatité de N das l échappemet 6,00 O O,6 N Le gaz d échappemet cotiet doc : 0,950 CO + 0,050 CO + 4,0 O +,00 H O + N 0 total de de gaz χ 0,050 CO 0 0,007 ; χ,00 HO 0 0,067 ; χ 0,950 CO 0 0,0 ; χ N 0,77 0 χ 4,0 O 0 0, 99. Les réactios sot : C(s) + / O (g) CO(g) et C(s) + O (g) CO (g), (costate) État doé que la pressio a augmeté de 7,0 %, le ombre de es de gaz a aussi augmeté de 7,0 %. fial,70 iitial,70 (5,00) 5,85 de gaz + + O CO CO 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

30 04 Chapitre 4 Les gaz CO + CO d équatios : + + O CO CO CO 5,00 (e équilibrat les es de C). Résolutio à l aide d u système 5,85 -( CO + 5,00) O 0,85 Si tout le C est coverti e CO, il e reste pas de O. Si tout le C est coverti e CO, o obtiet 5 de CO et,5 de O e excès das le mélage réactioel. Das le mélage fial, le ombre de de CO est égal à deux fois le ombre de de O présetes ( ). CO O CO O CO CO,70 CO;,70 + 5,00,,0 CO,70,0 0,85 χ CO 0,9; χ CO 0,564; 5,85 χ O 5,85 0,45 0,5. 5, ballo 4 π 5,0 m 000 L m 6,5 0 4 L a) masse air chaud air chaud 9,0 g air p 9,0 g air m air chaud 99 ka 6,5 0 4 L 8,5 ka L 8 9,0 g g masse air déplacé air déplacé 9,0 g air 90 air p g masse air déplacé 99 ka 6,5 0 4 L 9,0 g 8,5 ka L g masse que peut soulever le ballo (7, ,7 0 4 ) g,0 0 4 g b) La masse d air déplacé est la même qu e a. m He 99 ka 6,5 0 4 L 8,5 ka L 8 4,00 g He He 9, 0 g 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

31 Chapitre 4 Les gaz 05 masse que peut soulever le ballo (7, , 0 )g 6,8 0 4 g c) m air chaud 84 ka 6,5 0 4 L 8,5 ka L 8 9,0 g 5,6 0 4 g m air déplacé 84 ka 6,5 0 4 L 8,5 ka L 94 9,0 g 6,5 0 4 g masse que peut soulever le ballo (6, ,6 0 4 ) g 8,7 0 g 0. a) Quad il est chauffé, le ballo pred de l expasio ( et restet costats). La masse du ballo reste la même mais le volume augmete, de sorte que la masse volumique de l argo das le ballo dimiue. Lorsque la masse volumique deviet iférieure à celle de l air, le ballo s élève. b) E supposat que la masse du ballo est ulle, lorsque la masse volumique de l argo la masse volumique de l air, le ballo flotte. Au-dessus de cette température, le ballo s élève. ρ air M air où M air masse aire moyee de l air M air 0,790 8,0 g/ + 0,0,00 g/ 8,9 g/ ρ air,00 8,9 g / 0,0806 L 98,8 g/l ρ argo,00 9,95 g / 0,0806 L T,8 g/l, T 4 Chauffez l argo au-dessus de 4 ou 40 C et le ballo flottera. 0. Équatio de a der Waals modifiée : + a / b a b/. À basse et à haute T, le volume aire d u gaz deviet très grad. our cette raiso, les termes a / et a b/ devieet égligeables. uisque b est le volume occupé par les écules elles-mêmes, alors b, et le terme b est égligeable par rapport à. Il reste doc essetiellemet. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

32 06 Chapitre 4 Les gaz 04. a) Au départ,,00 et la pressio totale est de.00 H ( + ). La pressio totale après la réactio est égalemet de.00 état N tot N H doé que la pressio du coteat est costate. uisque et T sot costats avat que la réactio ait lieu, le ombre de es de N et de H présetes au départ doit être égal. Soit x N H présetes au départ. D après l équatio équilibrée, N (g) + H (g) NH (g), H est limitat puisque le ombre de es de H requises pour la réactio est trois fois plus élevé que celui de N. U fois la réactio complétés, il e reste pas de H (c est le réactif limitat). NH produites x H NH H x/ N qui ot réagi x H N H x/ N restates x N présetes au départ - x/ N qui ot réagi x/ N restates Ue fois la réactio complétée, le ombre de es de N (g) et de NH (g) présetes est égal (x/). État doé que le ombre de es présetes est égal, alors la pressio partielle de chaque gaz est égale. ( ). N NH tot,00 N + ; E résolvat NH, 00 N NH b) état doé que et T sot costates. Le ombre de es présetes au départ est : N + x + x x H U fois la réactio complétée, le ombre de es de gaz présetes est : + N NH x x + 4x/ fial iitial fial iitial 4x/ x Le volume du coteat sera égal aux deux tiers du volume de départ, de sorte que ; /(5,0 L) 0,0 L 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

33 Chapitre 4 Les gaz 07 ROBLÈMES D INTÉGRATION 05. a) 56 ml,4 g ml 09 g HSiCl redemet réel de HSiCl HCl 0,0 5,0 L 0,0806 L 08 5,9 HCl 5.9 HCl HSiCl HSCl 5,45 g HSiCl 68 g HSiCl HSiCl % de redemet redemet réel redemet théorique 09 g % 68 g b) 09 g HiSCl HSiCl 5,45 g HSiCl SiH 4 HSiCl 4 0,86 SiH 4 C est le redemet théorique. Si le pourcetage de redemet est de 9, %, le redemet réel sera doc de : 0,86 SiH 4 0,9 0,59 SiH 4 SiH 4 0,0806 L 0, ,907 L 0,0 907 ml SiH ThF 4,,0 + 4(9,00) 08,0 g/ml ρ masse aire 08,0 g /.5 0,0806 L ( ) 4,8 g/l Le gaz qui possède la masse la plus faible aura la vitesse d effusio la plus rapide. La masse aire de ThF 4 08,0 g/; la masse aire de UF 8,0 + (9,00) 95,0. ar coséquet, UF aura la vitesse d effusio la plus rapide. vitesse d'effusio de UF masse aire de ThF4 08, 0 g/,0 vitesse d'effusio de ThF masse aire de UF 95, 0 g/ 4 La vitesse d effusio de UF est,0 fois plus rapide que celle de ThF Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

34 08 Chapitre 4 Les gaz 07. O peut détermier les pressios partielles e utilisat les fractios aires. méthae tot χ méthae,44 0,95, ; éthae,44, 0, Détermiatio du ombre de es de gaz aturel qui ot subi la combustio : gaz aturel, 44 5, 00 L 0,0806 L 9 0,898 de gaz aturel méthae gaz aturel χ méthae 0,898 0,95 0,8 de méthae éthae 0,898-0,8 0,076 d éthae CH 4 (g) + O (g) CO (g) + H O(l); C H O (g) 4 CO (g) + 6 H O(l) 0,8 CH 4 H O 8, 0 g H O 9,6 g H O CH H O 4 0,076 C H 6 6 H C O H 6 8,0 g H O 4, g H O H O La masse totale de H O produite 9,6 g + 4, g,7 g H O ROBLÈME DE SYNTHÈSE 08. our répodre à la questio, il faut détermier la ature de l élémet A et du composé B. À l aide de la première série de doées, détermiez quel est l élémet A. Masse de N 659,45 g - 658,57 g 0,880 g N 0,880 g N N 8,0 g N 0,04 N 0,0806 L 0, torr 760 torr 0,74 L 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

35 Chapitre 4 Les gaz 09 es de A 745 torr 0,74 L 760 torr 0,085 A 0,0806 L (7 + 6) Masse de A 660,59-658,57 g,0 g A Masse aire de A 0 g A 0,085 A 70,9 g/ Le seul élémet qui est gazeux à 6 C et à 745 torr et qui a ue masse aire près de 70,9 g/ est le chlore Cl élémet A. Le reste des iformatios sert à détermier la formule du composé B. E supposat 00,00 g de B : 85,6 g C C,0 g C 7, C; 7, 7,,00 4,4 g H H,008 g H 4, H; 4,,0 7, La formule empirique de B CH ; la formule éculaire C x H x où x est u ombre etier. La réactio équilibrée de C x H x avec O est : C x H x (g) + x/ O (g) x CO (g) + x H O(l) our détermier la formule de C x H x, o doit détermier le ombre réel de es de chaque espèce présetes. Masse de CO + H O produits 846,7 g - 765, g 8,4 g D après l équatio équilibrée, CO H O x, par coséquet : 8,4 g x CO 44,0 g CO CO + x H O 8,0 g H O, x, H O O qui ot réagi, CO,5 O CO,97 O À l aide des doées, o peut calculer le ombre de es de O e excès état doé qu il e reste que O (g) ue fois la réactio de combustio complétée. 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

36 0 Chapitre 4 Les gaz O 6,0 0,68 L 0,0806 L (7 + ),66 O e excès O présetes au départ,97 +,66 4,6 O Nombre total de es de réactifs gazeux avat la réactio,98 0,68 L 0,0806 L 95 5,9 totales C x H x 5,9 totales - 4,6 O 0,66 C x H x E résumé : 0,66 C x H x +,97 O, CO +, H O E divisat toutes les quatités par 0,66, o obtiet : C x H x + O CO + H O our équilibrer l équatio, C x H x doit être C H 4 composé B. a) O peut maiteet répodre aux questios. La réactio est : C H 4 (g) + Cl (g) C H 4 Cl (g) B + A C Cl, 00 0, 0 L 0,0806 L 7 0,446 Cl C H L 0,84 C H L 7 D après l équatio équilibrée, il faut u rapport aire :, de sorte que C H 4 est limitat. CH4Cl 98,95g Masse de C H 4 Cl produite 0,84 C H 4 C H C H Cl 4 4 8,0 g C H 4 Cl 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite

37 Chapitre 4 Les gaz b) Cl e excès 0,446 Cl - 0,84 Cl qui ot réagi 0,06 Cl totale total 0,0 L + 8,60 L 8,6 L ; total 0,84 C H 4 Cl produite + 0,06 Cl e excès 0,446 totale 0,0806 L 0, ,57 8,6 L 007 Les Éditios CEC ic. Toute reproductio iterdite