Transcript Subventionnés - Société Privée de Gérance

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PTSI
TD 1 Chimie des solutions
Chap. 1 Transformation de da matière
Exercice 1 : Sens d'évolution d'une réaction
On considère la réaction en phase gaz à T=573 K (300°C) dont le bilan s'écrit : C2H4 (g)+H2O (g)=C2H5OH (g)
La constante d'équilibre à T=573 K est K°=4,0.10-3 .
Le mélange initial est un mélange équimolaire des trois gaz (1,0 mol de chaque gaz). La pression totale à l'intérieur
de l'enceinte qui permet la réalisation de la réaction est maintenue constante et égale à 70 bar. Indiquer si une
évolution du système est à prévoir, et si oui dans quel sens.
Réponses :
-2
Q=4,3.10
Exercice 2 : Déplacement d'équilibre
On porte à 100 °C une solution aqueuse (volume total égal à V0=0,50 L) contenant initialement une concentration en
éthanoate d'éthyle égale à C0=0,81 mol.L-1. Lorsque l'équilibre s'établit, sa concentration n'est plus que de 0,046
mol.L-1.
1. Calculer la constante d'équilibre K° à 100 °C pour la réaction dont le bilan s'écrit :
CH3COOCH3 (aq) +H2O = CH3COOH (aq) + C2H5OH (aq)
2. On ajoute sans variation de volume n0=0,50 mol; d'éthanoate d'éthyle dans le système à l'équilibre. Que se
passe-t-il ? La position de l'équilibre est-elle déplacée?
3. On ajoute sans variation de volume n0=0,50 mol d'éthanol dans le système à l'équilibre. Que se passe-t-il? La
position de l'équilibre est-elle déplacée?
Réponses :
1. K=13
2. Q=0.56
3. Q=29
Remarque : Les résultats précédents illustrent un résultat général. Une loi de modération des équilibres permet de
comprendre que l'équilibre est déplacé successivement dans le sens de formation des produits et des réactifs.
Une loi de modération indique que lorsqu'un équilibre est établit et qu'une perturbation est provoquée, l'équilibre
"réagit" (la position de l'équilibre est modifiée ) afin de limiter l'effet de la perturbation. Ici la perturbation est
l'ajout extérieur de composé chimique participant à l'équilibre établit. La position de l'équilibre est alors modifiée
dans le sens de consommation de cet apport extérieur.
Exercice 3 : Dissolution d'un solide en solution aqueuse
On étudie à 298 K une solution contenant 0,01 mol d'hydroxyde de cadmium Cd(OH)2 (s) . Le volume de la solution
est égal à V0=100 mL. On ajoute n mol d'ammoniac NH3 sans variation de volume, de façon à dissoudre 99 % du
solide présent sous forme d'ions [Cd(NH3)4]2+ (aq) . Le bilan de la réaction de dissolution du solide s'écrit :
(1) Cd(OH)2 (s) + 4 NH3 (aq) = [Cd(NH3)4]2+ (aq) + 2 HO- (aq)
On donne à 298 K les valeurs des constantes d'équilibre :
(2)
Cd(OH)2 (s) = Cd2+ (aq) + 2 HO- (aq)
(3)
Cd2+ (aq ) + 4 NH3 (aq) = [Cd(NH3)4]2+ (aq)
K2°=10-14
K3°=107
1. Calculer la constante d'équilibre à 298 K relative à l'équilibre (1) étudié.
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2. Calculer la valeur de n.
Réponses :
-7
1. K1°=10
2. n=1,4 mol
Exercice 4 : Equilibres simultanés
On étudie dans cet exercice la décomposition thermique du gypse (sulfate de calcium CaSO4(s)) en présence de sable
(constitué de silice SiO2 (s)) conduisant au silicate de calcium CaSiO3 (s)). Le ciment (dit Portland) est obtenu par cette
voie en chauffant le mélange précédent en présence de charbon et d'argile. Ce procédé met en jeu les deux
équilibres simultanés suivants respectivement notés (1) et (2) :
CaSO4(s) + SiO2 (s) = CaSiO3 (s) + SO3 (g)
2 SO3 (g) = 2 SO2 (g) + O2 (g)
A T = 1400 K , les constantes des équilibres (1) et (2) sont respectivement K1°=0,950 et K2°=400.
1. Nous supposons initialement que le milieu contient uniquement CaSO4 (s) et SiO2(s). Exprimer les constantes
d'équilibre K1° et K2° en fonction des seules pressions partielles pSO3 et pO2 à l'équilibre et de la pression
standard p°.
2. En déduire alors les valeur des pressions pSO3 , pO2 et pSO2 à l'équilibre à 1400 K.
Dans un récipient de volume fixé V=10,0 L initialement vide, on introduit 1,00 mol de CaSO4 (s) et 1,00 mol de SiO2(s)
à la température T= 1400K maintenue constante. On constate que les deux solides CaSO4(s) et SiO2(s) sont présents à
l'équilibre.
3. Calculer à l'équilibre les avancements respectifs ξ1 et ξ2 des réactions (1) et (2). En déduire les quantités de
matière de CaSO4(s) et de SiO2(s) présents à l'équilibre.
Données : R=8,31 J.K-1.mol-1.
Réponses :
1. Trouver une relation entre
2.
pSO2
et
pO2
pSO3 =0,950 bar , pO2 =4.48 bar et pSO2 =8,96 bar
3. ξ1 = 0,852 mol et ξ2=0,385 mol et la quantité de matière des solides vaut : 0,148 mol