ejercicios fisicoquimica

Download Ejercicios Fisicoquimica

Post on 25-Sep-2015

96 views

Category:

Documents

1 download

Embed Size (px)

DESCRIPTION

Conceptos basicos de la fisicoquimica con ejercicios de aplicacion

TRANSCRIPT

  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 1 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    Chapitre 7

    ThermochimieExercices dentranement

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 2 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    1. Introduction a la thermochimie

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 3 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Preparation dune vodka

    Enonce

    On dispose de V1 = 1, 00L dalcool de grain qui est un melange deau et dethanol aw1 = 96% en masse dethanol. On souhaite preparer, avec ce melange de la vodka qui estun melange deau et dethanol de fraction massique w2 = 56%.

    On donne les volumes molaires partiels

    de leau : dans lalcool de grain : Vm(H20, w1) = 14, 61mL dans la vodka : Vm(H20, w2) = 17, 11mL

    de lethanol : dans lalcool de grain : Vm(C2H5OH, w1) = 58, 01mL dans la vodka : Vm(C2H5OH, w2) = 56, 58mL

    ainsi que la masse volumique de leau (H2O) = 1, 00kg/L et les masses molaires suivantes :M(H) = 1, 00g.mol1, M(O) = 16, 0g.mol1, et M(C) = 12, 0g.mol1.1) Determiner dans lalcool de grain dont on dispose les quantites de matiere1.a) n1(C2H5OH) dethanol,1.b) et n1(H2O) deau.2) Determiner dans la vodka que lon va preparer les quantites de matiere2.a) n2(C2H5OH) dethanol,2.b) et n2(H2O) deau.3) En deduire les volumes3.a) V0 deau a rajouter ;3.b) V2 de vodka preparee ;3.c) V = V1 + V0 V2. Y a-t-il contraction ou dilatation du volume ?

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 4 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Preparation dune vodka

    Elements de correction

    1) Dans lalcool de grain :1.a) n1(C2H5OH) =

    M(H2O).w1.V1Vm(H20,w1).(1w1).M(C2H5OH)+Vm(C2H5OH,w1).w1.M(H20) = 16, 8mol

    1.b) et n1(H2O) =M(C2H5OH).(1w1).V1

    Vm(H20,w1).(1w1).M(C2H5OH)+Vm(C2H5OH,w1).w1.M(H20) = 1, 79mol.2) Dans la vodka :2.a) n2(C2H5OH) = n1(C2H5OH) = 16, 8mol2.b) n2(H2O) =

    M(C2H5OH).(1w2).n1(C2H5OH)w2.M(H20)

    = 33, 7mol.3) Volumes :3.a) V0 =

    (n2(H2O)n1(H2O)).M(H2O)(H2O)

    = 575mL.3.b) V2 = n2(H2O).Vm(H20, w2) + n2(C2H5OH).Vm(C2H5OH, w2) = 1, 53L.3.c) V = V1 + V0 V2 = 0, 04L. Il y a contraction du volume.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 5 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Variation du potentiel chimique avec la pression

    Enonce

    1) Generalites :1.a) Exprimer la derivee explicite du potentiel chimique dun corps en fonction de lapression P , a temperature T constante, en fonction de la masse volumique et de la massemolaire M de ce corps.1.b) En deduire la variation de potentiel chimique = (T, P ) (T ) si cest un corpsincompressible.2) Applications : exprimer pour P = 50bar dans le cas2.a) de leau ( = 1, 0kg/L) ;2.b) du cyclohexane (C6H12, = 655g/L).2.c) et dans celui du zinc ( = 7, 14kg/L).On donne les masses molaires suivantes : M(Zn) = 65g.mol1, M(H) = 1, 0g.mol1,M(O) = 16g.mol1, et M(C) = 12g.mol1.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 6 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Variation du potentiel chimique avec la pression

    Elements de correction

    1) Generalites :1.a)

    (P

    )T

    = M .

    1.b) = (PP).M

    .2) Applications :2.a) pour leau = 88J.mol1 ;2.b) pour le cyclohexane = 0, 63.kJ.mol1 ;2.c) et pour le zinc = 44.J.mol1.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 7 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Entropie molaire standard du methanol

    Enonce

    1) Methanol liquide :Dans les conditions standard, le methanol est liquide a T0 = 298K. Son entropie molaire

    standard a cette temperature est Sm(T0) = 127, 0J.K1.mol1 et sa capacite calorifique

    molaire dans les conditions standard (quon considerera independante de la temperature)est Cm(liq) = 81, 6.J.K

    1.mol1.1.a) Exprimer lentropie molaire standard du methanol liquide a la temperature T .1.b) Application numerique : que vaut-elle a 60C ?2) Methanol gazeux :Dans les conditions standard, la temperature debullition du methanol est eb = 65

    C, etla chaleur latente de vaporisation est ebH = 38, 0kJ.mol1.La capacite calorifique molaire dans les conditions standard du methanol gazeux (quonconsiderera independante de la temperature) est Cm(vap) = 45, 2J.K

    1.mol1.2.a) Exprimer lentropie molaire standard du methanol gazeux a la temperature T .2.b) Application numerique : que vaut-elle a 70C ?

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 8 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Entropie molaire standard du methanol

    Elements de correction

    1) Methanol liquide :1.a) Sm(T ) = S

    m(T0) + C

    m(liq). ln

    (TT0

    ).

    1.b) Sm(60C) = 136J.K1.mol1.

    2) Methanol gazeux :2.a) Sm(T ) = S

    m(T0) + C

    m(liq). ln

    (TebT0

    )+ ebH

    Teb+ Cm(vap). ln

    (T

    Teb

    ).

    2.b) Sm(70C) = 250J.K1.mol1.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 9 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Variation du potentiel chimique avec la temperature

    Enonce

    1) Generalites :1.a) Exprimer la derivee explicite du potentiel chimique standard dun corps en fonctionde la temperature T , a pression P constante.1.b) Exprimer lentropie molaire standard Sm(T ) a la temperature T dun corps de capacitecalorifique standard constante Cm.1.c) En deduire le potentiel chimique standard dun tel corps (T ) a la temperature T .si cest un corps incompressible.2) Applications a lethanol liquide :Donnees : Sm (298K) = 161J.K

    1.mol1 ; Cm = 111J.K1.mol1.

    Faire lapplication numerique pour2.a) = 40C ;2.b) et = 50C.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 10 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Variation du potentiel chimique avec la temperature

    Elements de correction

    1) Generalites :1.a)

    (

    T

    )P

    = Sm(T ).

    1.b) Sm(T ) = Sm(T0) + C

    m. ln

    (TT0

    ).

    1.c) (T ) = (T0) Sm(T0). [T T0] + Cm.(T. ln

    (TT0

    )+ T0 T

    ).

    2) Applications a lethanol liquide : impossible (il manque (T0)).

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 11 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Carbonylation du methanol

    Enonce

    On donne a 298K les energies de liaison :

    El(H H) = 436kJ.mol1 ; El(C C) = 345kJ.mol1 ; El(C H) = 415kJ.mol1 ; El(0 = 0) = 498kJ.mol1 ; El(C 0) = 356kJ.mol1 ; El(0H) = 463kJ.mol1 ; El(C = 0) = 743kJ.mol1 ;

    ainsi que :

    lenthalpie standard de sublimation du carbone : subH(C) = 717kJ.mol1 ; et lenthalpie standard de formation du monoxyde de carbone : fH(CO) = 110kJ.mol1.

    1) Enthalpies standard de formation :Determiner, a 298K, les enthalpies standard de formation

    1.a) du methanol gazeux CH3OHg1.b) et de lacide ethanoque gazeux CH3COOHg.2) Carbonylation du methanol :Lacide ethanoque est aujourdhui principalement prepare par carbonylation du methanol,selon lequation-bilan :

    CH3OHg + COg = CH3COOHg

    2.a) Exprimer lenthalpie standard de reaction, a 298K, de la carbonylation du methanol.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 12 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Carbonylation du methanol

    Elements de correction

    1) Enthalpies standard de formation :1.a) fH(CH3OHg) = subH(C)+2.El(HH)+ 12El(0 = 0)3.El(CH)El(C0) El(0H) = 226kJ.mol1.1.b) fH(CH3COOHg) = subH(C) + 2.El(H H) + El(0 = 0) 3.El(C H) El(C C) El(C = 0) El(C 0) El(0H) = 348kJ.mol1.2) Carbonylation du methanol :2.a) rH = fH(CH3COOHg)fH(CH3OHg)fH(COg) = 12kJ.mol1.

    http://www.lyceepissarro.org/cpge
  • Generalites

    Evolution des reactions

    Deplacement dequilibre

    Lien web

    Page de garde

    JJ II

    J I

    Page 13 / 34

    Retour

    Plein ecran

    Fermer

    Quitter

    ? Synthese du methanol

    Enonce

    Le methanol est prepare industriellement, en presence dun catalyseur, par la reactiondequation-bilan :

    COg + 2.H2g = CH3OHg

    1) A T0 = 298K :Determiner, pour cette equation chimique, a 298K :

    1.a) la capacite calorifique standard a pression constante1.b