Transcript GERMINIERE SEMAINE 13 - Intranet EPL La Germinière

MP 2014-2015
Parc des loges
Exercices : potentiel chimique et enthalpie libre
1
Diagramme d'Ellingham du Zinc
On considère la réaction :
2Zn + O2 = 2ZnO
Qu'est ce que l'approximation d'Ellingham ?
Déterminer l'expression de l'enthalpie libre standard en fonction de la température dans cette approximation entre 300 et 2200 K. Commenter la pente de la courbe ∆r G0 (T).
∆f H0 en kJ.mol−1
S0 en J.K−1 .mol−1
Zn ZnO
0
0 -348,3
205 41,6 43,6
O2
Tf (Zn) = 693K ∆f us H0 (Zn) = 6, 7 kJ.mol−1
Teb (Zn) = 1180K ∆eb H0 (Zn) = 114, 8 kJ.mol−1
2
Détermination d'un pKa
Calculer à 25◦ C le pKA du couple NH+4 /NH3 .
NH+
4
∆f H0 en kJ.mol−1
S0 en J.K−1 .mol−1
NH3
-132,5 -80,3
113,45 11,3
H+
0
0
Déterminer le pKA à 77◦ C.
3
Conversion du monoxyde de carbone
Soit la réaction :
CO(g) + H2 O(g) = CO2 (g) + H2 (g)
A 298 K,
CO
H2 O
CO2
H2
∆f H en kJ.mol
-110,5 -241,8 -393,5
0
S0 en JK−1 .mol−1 197,6 188,7 213,7 130,6
−1
0
1. Dans l'hypothèse d'Ellingham, déterminer K0 (T) et eectuer l'application numérique pour T=1100K.
2. Calculer à T=1100 K, la composition du système à l'équilibre obtenu à partir d'un mélange équimolaire
de CO et H2 O. On pourra utiliser le taux de conversion α déni comme la proportion de CO ayant
ξ
réagi : α = où n est la quantité de réactifs mis en présence.
n
4
Conversion du méthane
Soit la réaction :
CH4 (g) + H2 O(g) = CO(g) + 3H2 (g)
On donne :
T en K
0
K
700 800 900 1000 1200
0,003 0,03 0,77 12,2 760
1
Exercices : potentiel chimique et enthalpie libre
1. Dans l'hypothèse d'Ellingham, déterminer les grandeurs thermodynamiques standard.
2. Le taux de conversion α du méthane est la proportion de méthane transformé à l'équilibre. Etablir la
relation entre α, T et P si on part d'un mélange équimolaire de CH4 et H2 O.
AN à T=1000K, P=1 bar et P=10 bar.
3. A quelle température faut il opérer pour avoir α = 99% sous P=1 bar ?
5
Changement d'état du thiophène
1.
2.
3.
4.
5.
Justier que ∆f Ho (H2 ) = ∆f Go (H2 ) = 0.
Calculer ∆r Ho et ∆r Go pour la réaction de vaporisation d'une mole de tiophène C4 H4 S à 298 K.
Calculer la pression de vapeur saturante du thiophène à 298 K en utilisant les potentiels chimiques.
Calculer l'entropie standard du thiophène gaz à 298 K.
L'élimination du thiophène est réalisée lors de la réaction
C4 H4 S(g) + 4H2 (g) = C4 H10 (g) + H2 S(g)
Calculer les grandeurs standard de réaction à 298 K.
On donne à 25◦ C :
espèces
∆f H0
thiophène (g)
thiophène (l)
butane (g)
H2 (g)
H2 S(g)
6
en kJ.mol−1 S0m ( J.K−1 .mol−1 ) ∆f G0
117
?
80
180
-127
310
0
130
-21
?
en kJ.mol−1
123
120
-14
0
-32
Synthèse de l'ammoniac
Soit la réaction
N2 (g) + 3H2 (g) = 2NH3 (g)
1. Exprimer l'enthalpie libre de réaction en fonction de ∆r G0 (T), de la température T, de la pression
totale P et des fractions molaires des gaz.
2. ∆r G0 (450K) = −1, 52 kJ.mol−1
a) Sous 1 bar et 450K, dans quel sens évolue l'équilibre si xNH3 = 0, 6, xN2 = xH2 = 0, 2 ?
b) Toujours à 450 K, quelle doit être la pression pour que l'équilibre soit dans le sens direct ?
7
Dissociation du pentachlorure de phosphore
On considère la dissociation de PCl5 en phase gazeuse :
PCl5 (g) = PCl3 (g) + Cl2 (g)
A T=500 K et sous 1 bar la densité par rapport à l'air du mélange gazuex obtenu à l'équilibre est 4,62.
M(Cl) = 35, 5 g.mol−1
M(P) = 31 g.mol−1
et M(air) = 29 g.mol−1
1. Déterminer le coecient de dissociation de PCl5 , c'est-à-dire la proportion de PCl5 ayant réagi.
2. Déterminer la constante d'équilibre de la réaction.
3. Déterminer le nouveau coecient de dissociation sous une pression de 0,2 bar.
2