«EXERCICES ET PROBLEMES CORRIGES DE …

1 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 1 EXERCICES ET PROBLEMES CORRIGES DE THERMODYNAMIQUE CHIMIQUE R alis par les professeurs : NABIH Khadija RHALIB KNIAZEVA Albina CHERKAOUI EL MOURSLI Fouzia Thermo 17/09/09 13:17:11 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 5 TABLE DES MATIERES Pr Avant-propos .. Chapitre I : Loi des gaz parfaits et le premier principe de la thermodynamique A. Application du premier principe de la thermodynamique aux gaz parfaits - Calcul de la constante du gaz parfait .. - Calcul de la masse molaire et d termination de la formule chimique - Fraction molaire et pression partielle d un m lange gazeux .. - Travail r versible isotherme d un gaz parfait (d tente et compression) - Travail irr versible isotherme d un gaz parfait (d tente et compression) - Variation de l nergie interne et d enthalpie B. Application du premier principe de la thermodynamique aux corps purs - Transformation d un corps pur, variation de l nergie interne et d enthalpie - Variation de l enthalpie et de l nergie interne pour une transformation isochore - Variation de l enthalpie et de l nergie interne pour une transformation isobare - Calcul de la temp rature d quilibre de l eau C.

2 Application du premier principe de la thermodynamique aux r actions chimiques - Calcul de l enthalpie standard de la r action par la m thode alg brique - Variation de l nergie interne et d enthalpie .. - Application de la loi de Hess. - Application de la loi de Kirchhoff - Calcul de l enthalpie standard de la r action par la m thode du cycle .. - D termination d une temp rature de flamme .. - Calcul de l nergie de liaison .. Corrig des exercices du chapitre I .. Chapitre II : Second principe de la A. L entropie syst me (gaz parfait, corps purs) .. - L entropie chang e (gaz parfait, corps purs).. 7 9 11 13 13 13 14 15 15 15 15 16 16 17 18 18 18 20 21 23 47 49 Thermo 57/09/09 13:17:13 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 6 - L entropie cr e (gaz parfait, corps purs) .. - L entropie molaire standard absolue .. - L entropie molaire standard de formation.

3 - La variation d entropie d une r action chimique .. B. L enthalpie libre .. - L enthalpie libre standard d une r action .. - L enthalpie libre standard d une transformation allotropique d un corps chimique - Le sens d volution d une r action chimique .. Corrig des exercices du chapitre II .. Chapitre III : Les quilibres chimiques .. A. Calcul de la constante d quilibre .. - Calcul de la constante d quilibre Kp en fonction de la pression partielle - Calcul de la constante d quilibre Kc en fonction de la concentration molaire - Calcul de la constante d quilibre Kc en fonction de la fraction molaire - Calcul du coefficient de dissociation .. - Calcul de la variance .. B. Loi qualitative des quilibres .. - D placement d un quilibre par variation de temp rature ou de pression - D placement d un quilibre avec modifications de la quantit des constituants - Application de la loi d action de masse.

4 - Influence d un diluant inerte .. - Calcul du coefficient de dissociation .. -Variation de la constante d quilibre en fonction de la temp rature - Application de la r gle des phases .. Corrig des exercices du chapitre III .. Tableau p riodique .. 51 54 65 67 69 76 97 Thermo 67/09/09 13:17:13 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 7 PREFACE Le renforcement des capacit s dans le domaine de la recherche scientifique et technologique a toujours t une priorit pour l'Organisation islamique pour l'Education, les Sciences et la Culture (ISESCO). Dans le cadre de ses diff rents programmes scientifiques, au titre de ses plans d'action court, moyen et long terme, l ISESCO a accord une attention particuli re la promotion d'une soci t fond e sur le savoir scientifique, et ce, afin d'asseoir les bases solides du d veloppement scientifique et technologique.

5 Ainsi, l ISESCO continue encourager et apporter son soutien pour la publication et la diffusion des ouvrages p dagogiques et scientifiques dans plusieurs disciplines afin d aider la communaut scientifique au niveau des tats membres faire conna tre les r sultats des recherches et les informations les plus r centes men s dans les tats membres. La diffusion de cet ouvrage s intitulant Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique vise mettre la disposition des tudiants de premi re ann e des facult s des sciences, un outil qui leur permettra d acqu rir une m thodologie rigoureuse de traitement des probl mes relatifs une discipline importante savoir, la thermochimie. Nous t moignons notre gratitude aux auteurs de cet ouvrage qui est le fruit de plusieurs ann es de recherches appliqu es la facult des Sciences de l Universit Mohammed V de Rabat, Royaume du Maroc.

6 Leur pr cieuse contribution la science refl te la place et le r le actif de la femme dans la communaut scientifique des pays membres et de son apport l ducation scientifique et p dagogique modernes et faire reconna tre les efforts et les r alisations des femmes musulmanes dans le domaine des sciences et de la technologie. Puissent leurs travaux tre profitables aux tudiants, aux chercheurs et aux professeurs et que cet ouvrage sera d une grande utilit la communaut scientifique des pays membres. Dr Abdulaziz Othman Altwaijri Le Directeur G n ral Thermo 77/09/09 13:17:13 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 9 AVANT-PROPOS Cet ouvrage s adresse aux tudiants de la premi re ann e des fili res Sciences-Math matiques-Physique (SMP), Sciences-Math matiques-Chimie (SMC) et Sciences de la Vie (SVI) des facult s des sciences.

7 Il comporte des exercices d application concernant la loi du gaz parfait, le premier et le second principe de la thermodynamique et les quilibres chimiques. Dans le premier chapitre, nous proposons des exercices de connaissances g n rales sur les gaz parfaits et sur le premier principe de la thermodynamique, afin de permettre aux tudiants d acqu rir les notions de base de la thermochimie. Dans le Chapitre II, les exercices propos s traitent les parties concernant l entropie molaire standard de formation, l entropie molaire standard absolue, l entropie de r action ainsi que l enthalpie libre (relation de Gibbs) relatifs au second principe. Enfin le Chapitre III est consacr aux quilibres chimiques. Il permettra aux tudiants d approfondir leurs connaissances notamment sur la loi de le Chatelier, la relation de Van t Hoff et l quilibre homog ne et h t rog ne. Nous esp rons que cet ouvrage, fruit des travaux d encadrement et de formation que nous avons men s depuis de nombreuses ann es la Facult des Sciences de Rabat, sera d une grande utilit pour les tudiants et leur permettra d acqu rir des bases solides en thermochimie.

8 Les auteurs Thermo 97/09/09 13:17:14 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 11 CHAPITRE I LOI DES GAZ PARFAITS ET LE PREMIER PRINCIPE DE LA THERMODYNAMIQUE Thermo 117/09/09 13:17:14 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 13 D finitions et notions devant tre acquises : Loi de Mariotte - Premier principe de la thermodynamique - Travail (W) - Quantit de chaleur (Q) - Variation d nergie interne ( U) - Variation d enthalpie ( H) - Capacit thermique - Relation de Meyer D tente - Compression R versible Irr versible Isotherme Isochore Isobare Adiabatique Sublimation Condensation Vaporisation Liqu faction Fusion Solidification - Enthalpie molaire standard de formation ( h f ) - Enthalpie standard d une r action( H r) - Loi de Hess - Loi de Kirchhoff - Energie de liaison - M thode de cycle.

9 A. Application du premier principe de la thermodynamique aux gaz parfaits : Exercice I. A. 1. Donner les dimensions de la constante des gaz parfaits (R) et d terminer sa valeur lorsqu elle est exprim e : 1. en L. K-1 2. en J. mol-1. K-1 3. en L. mm de K-1 4. en cal. Exercice I. A. 2. On trouve qu une masse de 0,896 g d un compos gazeux ne contenant que de l azote et de l oxyg ne occupe un volume de 524 cm3 la pression de 730 mm de Hg et la temp rature de 28 C. Quelles sont la masse molaire et la formule chimique de ce compos ? Exercice I. A. 3. Un m lange de gaz est constitu de 0,2 g de H2; 0,21g de N2 et 0,51g de NH3 sous la pression d une atmosph re et une temp rature de 27 C. Calculer : 1. les fractions molaires. 2. la pression partielle de chaque gaz. 3. le volume total. Donn es : M(H) = 1g mol-1 et M(N) = 14g mol-1 Thermo 137/09/09 13:17:14 Exercices et probl mes corrig s de thermodynamique chimique 14 Exercice I.

10 A. 4. L air ordinaire est un m lange gazeux qui contient des impuret s variables selon le lieu de pr l vement. On peut ainsi citer comme constituants toujours pr sents : N2 (78%) ; O2(21%) ; Ar (0,94%) ; CO2 (0,03%) ; H2 (0,01%) Ne (0,0012%) et He (0,0004%) Entre parenth ses sont indiqu s les pourcentages volumiques approximatifs dans l air sec (sans vapeur d eau). La proportion de vapeur d eau est tr s variable (ordre de grandeur de 1%). Calculer les masses de O2 et de CO2 contenues dans un litre d air sec 300K sous une atmosph re, d apr s les pourcentages indiqu s ci-dessus et en supposant que les gaz sont parfaits. Exercice I. A. 5. Soit une masse de 80g de m lange gazeux d azote et de m thane, form e de 31,14% en poids d azote et occupant un volume de 0,995 litres 150 C. 1. Calculer la pression totale du m lange gazeux. 2. Calculer les pressions partielles de chacun des gaz.