Transcript PC 2014 - Chimie PC La Martinière Monplaisir

PC 2014 – 2015
TC3 – Détermination de la composition d'un système chimique
Lycée La Martinière Monplaisir
TD n°3 – 1 / 2
TD n°3
TC3 – DÉTERMINATION DE LA COMPOSITION D'UN SYSTÈME CHIMIQUE
Exercice TC3-1 : Variance (*)
Calculer la variance des systèmes suivants et interpréter la valeur trouvée.
1. PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g)
2. I2(g) + H2(g) = 2 HI(g) et I2(s) = I2(g)
3. CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
Exercice TC3-2 : Degrés de liberté (*)
Calculer la variance des systèmes suivants puis leur nombre de degrés de liberté (indiquer la ou les
relation(s) supplémentaire(s) sur les variables intensives imposée(s) par l'opérateur).
1. COCl2(g) = CO(g) + Cl2(g)
uniquement COCl2(g) à l'état initial
2. 2 CaC2(s) + 3 O2(g) = 2 CaO(s) + 4 CO(g)
uniquement les réactifs à l'état initial en proportions quelconques
3. 4 HCl(g) + O2(g) = 2 H2O(g) + 2 Cl2(g)
uniquement les réactifs à l'état initial en proportions quelconques puis en proportions stœchiométriques
Exercice TC3-3 : Taux d'avancement isobare (**)
On considère l’équilibre suivant à 500 K en phase gazeuse : PCl5(g) = PCl3(g) + Cl2(g).
1. Déterminer la constante d'équilibre K°.
On introduit une quantité n0 de PCl5 et on maintient la pression totale à P = 2,0 bar.
2. Définir le taux d’avancement α de la réaction, à l’équilibre.
3. Exprimer la constante d'équilibre K° en fonction de α et P.
4. Calculer le taux d'avancement.
5. Quelle pression faut-il maintenir pour avoir un taux d'avancement de 0,99.
Données :
PCl5(g)
PCl3(g)
Cl2(g)
ΔfH° (kJ.mol-1)
- 375
- 287
0
S°m (J.K-1.mol-1)
365
312
223
Exercice TC3-4 : Oxydation du plomb (**)
À V = 100 mL d'une solution de nitrate d'argent de concentration c = 5,0,10-2 mol.L-1, on ajoute une masse
m de plomb.
Il se produit la réaction suivante : 2 Ag+ + Pb(s) = 2 Ag(s) + Pb2+
de constante d'équilibre K° = 3,3.1031.
1. Déterminer la composition finale de la solution (concentrations des espèces en solution, masses des
solides) si la masse m de plomb introduite vaut :
1.1. m = 1,20 g ;
1.2. m = 0,41 g.
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2. Indiquer si l'état final est un état d'équilibre ou non.
Données :
Masse molaire (g.mol-1) : M(Pb) = 207,2 ; M(Ag) = 107,9.
Exercice TC3-5 : Élaboration du zinc (**)
On considère l'équilibre : C(s) + ZnO(s) = CO(g) + Zn(g)
À 1300 K, la constante d'équilibre vaut K° = 11,8.
On place dans une enceinte initialement vide, de volume invariable V = 10 L, à 1300 K, n0 mol de
carbone graphite et n0 mol d'oxyde de zinc.
1. Calculer la pression d'équilibre.
2. On prend n0 = 0,5 mol, quelle est la pression du mélange obtenu ? A-t-on atteint l'équilibre ?
3. On suppose maintenant que n0 varie de 0 à 1,0 mol, déterminer la pression du mélange en fonction de
n0. On précisera dans quel domaine l'équilibre est atteint et dans quel domaine il y a rupture d'équilibre.
Donnée :
R = 8,314 J.K-1.mol-1
Exercice TC3-6 : Conditions pour des équilibres simultanés (**)
Un récipient de volume V = 10,0 L contient x mol de FeO (s) et y mol de CO (g). Il est porté à 950 K. Les
quantités x et y sont telles que les équilibres suivants peuvent s'établir simultanément.
(1)
FeO(s) + CO(g) = Fe(s) + CO2(g)
K°1 = 1,2
(2)
2 CO(g) = C(s) + CO2(g)
K°2 = 2,0
1. Calculer les quantités de CO et CO2 dans le réacteur à l'équilibre.
2. Déterminer les conditions nécessaires sur les quantités x et y pour que les deux équilibres s'établissent
simultanément.
Donnée :
R = 8,314 J.K-1.mol-1
Exercice TC3-7 : Équilibres simultanés, rupture d'équilibre lorsque le volume varie (***)
On place à T = 1100 K dans un réacteur de volume V = 10,0 L initialement vide n mol de CaCO 3 solide et
0,2 mol de carbone solide. La transformation peut être modélisée par les équations de réaction :
(1)
CaCO3(s) = CaO(s) + CO2(g)
K°1 = 0,2
(2)
C(s) + CO2(g) = 2 CO(g)
K°2
Dans l'état final, on constate que les trois solides CaCO 3, CaO et C sont présents et on mesure une
pression totale P = 2,25 bar.
1. En déduire la valeur de K°2.
2. Quelle quantité minimale de CaCO3 a-t-il fallu introduire pour que les deux équilibres coexistent ?
On se place dans le cas où l'on introduit n = 0,5 mol de CaCO 3 (on a toujours 0,2 mol de carbone au
départ). La température reste fixée à 1100 K. On augmente le volume du réacteur.
3. Pour quelle valeur du volume a-t-on disparition d'une des phases solides ? Laquelle ?
Donnée :
R = 8,314 J.K-1.mol-1