La pression osmotique (11 points) décembre 1992 - Yann Marquant ...
Exercice 4 Année A et B Stabilité thermodynamique des composés du carbone
.... 9) Que pensez vous de la valeur de l'entropie standard de la réaction 3 ?
justifiez .... doit-on opérer à 298 K pour rendre possible la formation du carbone
diamant ? ..... Les fractions molaires en phase liquide (x) et en phase gaz (y) sont
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et B Variation du potentiel chimique avec la pression Décembre 1994 PAGEREF _Toc174425280 \h 5
Exercice 4 Année A et B Stabilité thermodynamique des composés du carbone Décembre 1997 PAGEREF _Toc174425281 \h 5
Exercice 5 Année B Activité de l'eau pure liquide Mars 2000 PAGEREF _Toc174425282 \h 6
Exercice 6 Année B Lélévation ébulliomètrique mai 2011 PAGEREF _Toc174425283 \h 6
Exercice 7 Grandeurs d'écart à l'idéalité Décembre 1995 PAGEREF _Toc174425284 \h 7
Exercice 8 Coefficient de fugacité. fugacité d'un gaz réel Décembre 1993 PAGEREF _Toc174425285 \h 8
Exercice 9 La pression osmotique Décembre 1992 PAGEREF _Toc174425286 \h 8
Exercice 10 Année A et B Détermination des coefficients d'activité. Décembre 1996 PAGEREF _Toc174425287 \h 9
Exercice 11 Année A et B Activité - coefficient d'activité d'une solution réelle Février 2005 PAGEREF _Toc174425288 \h 10
Exercice 12 Année B I La solubilité Juin 2011 PAGEREF _Toc174425289 \h 11
DIAGRAMME DE PHASES PAGEREF _Toc174425290 \h 12
Exercice 13 Année A et B Diagramme d'équilibre isobare des mélanges de dioxygène et de diazote: Juin 1994 PAGEREF _Toc174425291 \h 12
Exercice 14 Année A Distillation d'un vin. Avril 2004 PAGEREF _Toc174425292 \h 13
Exercice 15 Année B II L'acide nitrique Mai 2011 PAGEREF _Toc174425293 \h 14
Exercice 16 Étude du diagramme binaire liquide-vapeur eau-aniline. Septembre 1999 PAGEREF _Toc174425294 \h 17
Exercice 17 Équilibres binaires liquide-solide 2010. PAGEREF _Toc174425295 \h 18
EQUILIBRES ET DEPLACEMENTS PAGEREF _Toc174425296 \h 20
Exercice 18 Année A et B Synthèse de l'ammoniac. Juin 1996 PAGEREF _Toc174425297 \h 20
Exercice 19 Année A Production de noir de carbone. Avril 1998 PAGEREF _Toc174425298 \h 21
Exercice 20 Année B Synthèse de l'acide sulfurique Juin 1998 PAGEREF _Toc174425299 \h 22
Exercice 21 Année A et B Conversion du méthane Décembre 2000 PAGEREF _Toc174425300 \h 23
Exercice 22 Année A et B Dissociation du pentachlorure de phospore. Avril 1994 PAGEREF _Toc174425301 \h 24
Exercice 23 Année B Dissolution d'un gaz le dioxyde de carbone. Septembre 2001 PAGEREF _Toc174425302 \h 24
Exercice 24 Conditions de précipitation du tartre. Juin 2002 PAGEREF _Toc174425303 \h 25
Exercice 25 Déplacement dun équilibre acido-basique. Juin 2008 PAGEREF _Toc174425304 \h 26
Exercice 26 Année B L'équilibre de boudouard Juin 2011 PAGEREF _Toc174425305 \h 27
REVISIONS
Exercice 1 Année B Lhémoglobine, le dioxygène, le monoxyde de carbone. Avril 2003
La concentration molaire en dioxygène dissous O2d dans le sang est proportionnelle à la pres sion PO2 de dioxygène gazeux en équilibre avec le sang. Le sang sera considéré comme une solution aqueuse. Les espèces dissoutes auront un caractère idéal.
EMBED Equation.3 = k * PO2
L'oxygène dissous se combine avec l'hémoglobine Hb des globules rouges pour donner l'oxyhémo globine Hb O2 suivant la réaction équilibrée 1:
Hb + O2d = Hb O2
dont la constante d'équilibre à 37 °C est symbolisée par K1.
1) Exprimez K1
2) Donner la valeur de nðHb (coefficient stSchiométrique algébrique de l'Hémoglobine).
no est la quantité de matière initiale en Hémoglobine
n est la quantité de matière en Hémoglobine à l instant t
V est le volume du sang
3) Formuler l'avancement zð ðde la réaction en utilisant les données de l énoncé.
Le taux d'avancement tð ðest le rapport entre la quantité de matière ayant réagi et la quantité de matière initiale.
4) Donner tð en fonction de zð ð (en utilisant le symbolisme de l'énoncé).ð
5) Exprimez la valeur de tð eq (taux d'avancement à l'équilibre) en fonction de PO2 notamment.
6) Tracer sommairement le graphe de tð eq en fonction de PO2, on admettra qu' à une pres sion de 0,2 bar en dioxygène la quasi totalité de l'Hémoglobine est transformée.
Le monoxyde de carbone dissous COd se combine avec l'Hémoglobine des globules rouges pour donner la carboxyhémoglobine suivant la réaction 2 :
Hb + COd = HbCO à laquelle est associé la constante d'équilibre K2.
7) Exprimer à 37° C la constante K3 de l'équilibre 3:
HbO2 + COd = HbCO + O2d En fonction de K1 et K2
On donne K = 210
8) Donnez lenthalpie libre standard de la réaction 3
9) Que pensez vous de la valeur de lentropie standard de la réaction 3 ? justifiez
10) Estimez Enthalpie standard de la réaction 3.
11) Quelle est linfluence sur léquilibre 3 dune augmentation de température ? (sans démonstration)
12) Quelle est linfluence sur léquilibre 3 dune diminution de pression ? (sans démonstration)
On admettra que la concentration en monoxyde de carbone dissous est proportionnelle à la pression PCO du monoxyde de carbone gazeux en équilibre avec le sang avec le même coefficient de proportionnalité k que pour l'oxygène dissous.
13) Dans un environnement gazeux habituel, calculer la pression partielle en monoxyde de carbone PCO qui conduit à une diminution de 80% de la concentration en oxyhémoglobine.
14) Quelle(s) méthode(s) physico chimique(s) envisageriez-vous pour traiter un empoisonnement au monoxyde de carbone ?
Exercice 2 Année A Synthèse industrielle de l'éthanol. Juin 1997
On supposera que les gaz ont un comportement de gaz parfait.
L'éthanol est en partie synthétisé par l'hydratation de l'éthène en phase gazeuse à 300°C, sous une pression constante de 70 bar, en présence d'un catalyseur acide comme l'acide phosphorique, adsorbé sur un support solide:
EMBED "Equation" "Objet de Word4" \* mergeformat = EMBED "Equation" "Objet de Word4" \* mergeformat
1) Définir le terme adsorbé.
2) Calculez la valeur de l'enthalpie standard, de l'entropie standard et de l'enthalpie libre standard de cette réaction à 298 K.
3) Calculez la valeur de la constante d'équilibre de la réaction à 300°C.
4) Quelle est l'influence de la température et de la pression sur la position de cet équilibre? Commentez en justifiant les conditions choisies industriellement.
5) Dans les conditions industrielles, on introduit 2 moles d'eau et 2 moles d'éthène. Définir l'avancement, EMBED "Equation" "Objet de Word4" \* mergeformat de la réaction et calculez sa valeur EMBED "Equation" "Objet de Word4" \* mergeformat à l'équilibre.
6) On ajoute 1 mole d'eau à température et pression constante au mélange à l'équilibre obtenu lors de l'opération décrite à la question 5.
Calculez l'affinité chimique A du système avant que la réaction chimique n'évolue ; conclure.
7) Définir le rendement de la réaction en faisant apparaître la notion d'avancement. Calculez ce rendement dans les conditions du 5).
8) On part d'un mélange d'une mole d'éthène et de n mole d'eau à 300°C et sous 70 bar. Quel rendement peut on espérer en présence d'un très large excès d'eau; commentez le résultat.
Données :
Grandeurs thermodynamiques déterminées à 298 K et supposées indépendantes de la température:
gaz EMBED "Equation" "Objet de Word1" \* mergeformat (kJ.mol-1) S° (J.K-1.mol-1) EMBED "Equation" "Objet de Word4" \* mergeformat -235,1282,7 EMBED Equation.3 -241,8188,7 EMBED "Equation" "Objet de Word4" \* mergeformat 52,3219,5
Masse molaire en g.mol-1: C; 12,0 O; 16,0
Constante des gaz parfaits: R= 8,31 J.K-1.mol-1
POTENTIEL CHIMIQUE, ACTIVITES
Exercice 3 Année A et B Variation du potentiel chimique avec la pression Décembre 1994
1/ Définissez la variation du potentiel chimique d'un corps pur par rapport à la pression à tempé rature T constante.
Donnez l'unité du potentiel chimique
Est ce une grandeur intensive ou extensive ?
2/ Donnez le volume molaire Vm (en m3.mol-1) à T= 300 K Pression 1 bar
a/ du fer,
b/ de l'eau,
c/ d'un gaz parfait
3/ Dans le cas des phases condensées, on estime que le volume molaire ne dépend pas de la pres sion: Exprimer à l'aide de la question 1/ le potentiel chimique d'un corps pur solide ou liquide
On notera P° la pression de référence égale à 1 bar
4/ La température est fixée à 300 K, en se référant à la pression de référence, calculez la variation de potentiel chimique lorsque la pression est de 10 bar pour:
a/ le fer
b/ l'eau
c/ un gaz parfait (dans ce cas, l'expression du potentiel chimique sera admise sans démonstra tion)
5/ Que peut-on en déduire quant a l'expression généralement admise pour le potentiel chimique d'un corps pur en phase condensée?
Données
R= 8,31 J K-1 mol-1
M Fe= 55,84 g mol-1
à 300 K, la masse volumique du fer est 7,86 103 kg /m3
Exercice 4 Année A et B Stabilité thermodynamique des composés du carbone Décembre 1997
On s'intéresse à l'équilibre :
C graphite = Cdiamant
Dðmð° = mð°diam - mð°graphite =2874,162 USI à 298 K
Précisez l unité de Dðmð°
2) Que signifie le symbole °
On rappelle qu'à l'équilibre mðdiam = mðgraphite
3) Rappeler la variation du potentiel chimique d'un corps pur avec la Pression
4) Établir l'expression du potentiel chimique de chacune des deux variétés de carbone
5) Déterminez la variété de carbone stable à 298 K, sous 1 bar.
6) Justifier l'état de référence du carbone solide choisi . Peut-il exister à 298 K sous 1 bar une infime fraction, de diamant en équilibre avec le carbone graphite ?
Le volume molaire du graphite est Vg = 5,31. cm3. mol-1.
Le volume molaire du diamant est Vd = 3,416. cm3. mol-1.
à 298K supposés indépendants de la pression
7) Sous quelle pression minimale doit-on opérer à 298 K pour rendre possible la formation du carbone diamant ?
8) Dans les conditions habituelles de température et de pression, Le carbone-diamant existe et est apparemment stable : Pourquoi ?
Exercice 5 Année B Activité de l'eau pure liquide Mars 2000
On s'intéresse au potentiel chimique du constituant H2O pur en phase liquide, à température constante de 99°C.
1) Rappeler l'expression de la différentielle du potentiel chimique d'un corps pur avec la pression.
la pression est fixée à 1 bar, le volume molaire de l'eau liquide à 99°C est de 18,8 cm3.mol-1.
On désire exprimer le potentiel chimique de l'eau pure liquide de la façon suivante:
mð(T P)= mðo(T) + R.T.ln (a)
2) Exprimez l'activité "a" .
3) A 99°C, que vaut "a" sous 100 bar, si le volume molaire est considéré comme constant.
4) En réalité le volume molaire dépend de la pression, on donne EMBED "Equation" \* mergeformat = 49.10-6 bar-1, la compressibilité isotherme de l'eau à 99°C:
EMBED "Equation" \* mergeformat considérée constante dans l'écart de pression envisagé. En intégrant montrez que le volume molaire est donné par la relation :
EMBED "Equation" \* mergeformat
5) En réalisant l'application numérique sur Vm, dites si vous jugiez utile une correction de la valeur de a calculée au 2)
DONNÉE: Constante des gaz parfaits 8,31 J.K-1.mol-1
Exercice 6 Année B Lélévation ébulliomètrique mai 2011
Sans démonstration, donnez lexpression de la variation du potentiel chimique avec la pression à température constante.
Exprimez le potentiel chimique de leau liquide pure, en fonction de la température T (et éventuellement de la pression P).
Que devient ce potentiel chimique si on ajoute un soluté, la solution sera considérée comme idéale. Vous définirez le ou les paramètres introduit (s)
Dans le cas général, en fonction de la notion de potentiel chimique définir la variation denthalpie libre standard de réaction.
Dans la suite du problème, la pression sera fixée à un bar, on supposera que 1 bar est égal à une atmosphère, les gaz sont parfaits.
On sintéresse dans un premier temps à la transformation 1 :
EMBED Equation.3 (1)
Montrer en utilisant la notion de variance que la température de l'équilibre est fixée. Donnez sa valeur notée T eq 1.
Exprimez laffinité chimique de la réaction (1), à quelle condition léquilibre est-il réalisé ?
En déduire, la variation dentropie standard EMBED Equation.3 de la réaction 1. Discutez son signe.
On donne lenthalpie standard de la réaction 1, à toutes températures :
EMBED Equation.3 = 41000 J.mol-1.
Au système EMBED Equation.3 et EMBED Equation.3 en équilibre on ajoute du chlorure de sodium. Le chlorure de sodium est miscible dans leau liquide mais quasiment pas volatil.
Exprimez le potentiel chimique de leau liquide en faisant apparaître la fraction molaire du chlorure de sodium noté xNaCl, la solution sera toujours considérée comme idéale.
Exprimez la température Teq 1à équilibre du mélange ainsi réalisé,
Cette température est elle supérieure, inférieure ou égale à T eq 1 ? justifiez bien sur
Masses molaires :
Cl : 35,5 g.mol-1 Na : 23,0 g.mol-1 O : 16,0 g.mol-1 C : 12,0 g.mol-1 H : 1,0 g.mol-1
Exercice 7 Grandeurs d'écart à l'idéalité Décembre 1995
1/ Définissez le potentiel chimique mði d'un constituant i d'un mélange liquide en se rap portant à une dérivé partielle de G enthalpie libre du mélange
2/ Donnez dans le cas d'un mélange idéal liquide l'expression de mði
3/ Exprimez l'enthalpie libre Gid d'un mélange binaire idéal constitué de n1 moles de li quide 1 et de n2 moles de liquide 2
Dans la suite, le mélange liquide ne sera plus idéal ,la pression sera de 1 bar
4/ Soit G l'enthalpie libre du mélange réel liquide on écrit
G = Gid + Gec où Gec représente l'écart à l'idéalité de la fonction G
On pose alors mði = mði° + R.T.ln ai avec ai= xi .gði
Exprimez lngði en fonction notamment d'une dérivé partielle de Gec
L'enthalpie libre d'un mélange binaire non idéal s'écrit:
EMBED "Equation" "Objet de Word2" \* mergeformat
avec A(T)= 1,71 - 0,004. T dans le domaine de 280 K
