TEST DE Chimien vhj t PDF

Preview

Summary

tutyu rèrk yuryufjhvknb ttugdjnhh terthjklkhgfdsqsdfghj rertyuio...

Description

Bonjour à tous, Nous espérons que vous vous portez tous bien. Comme prévu, nous vous proposons d’évaluer vos connaissances en thermodynamique en vous soumettant 6 exercices qui traitent du programme de Chimie 2. Vous n’êtes pas obligés de traiter tous les exercices à la fois. Vous pouvez par exemple, traiter les exercices 1 et 2, puis un autre jour, les exercices 3 et 4 et un troisième jour, les exercices 5 et 6. Voici le temps estimé, pour un étudiant, afin de traiter chacun des exercices donnés : -

Exercice 1 : Exercice 2 : Exercice 3 : Exercice 4 : Exercice 5 : Exercice 6 :

35 minutes. 25 minutes. 25 minutes. 45 minutes. 45 minutes. 15 minutes.

Il s’agit d’un test d’évaluation, il ne sera pas noté. Quelques conseils, révisez d’abord vos cours et vos TD avant de commencer à réfléchir à ces exercices et au moment de les traiter, faites comme si vous étiez en examen et rangez tous vos documents de Chimie 2 et n’oubliez pas de préparer vos calculatrices et du brouillon. Les étudiants qui désirent nous transmettre leurs réponses peuvent le faire jusqu’au dimanche 12 juillet à minuit aux adresses suivantes : Groupes 1 et 3 : [email protected] Groupes 2 et 4 : [email protected] Le lundi 13 juillet, le corrigé de ces exercices vous sera transmis par mail. Travaillez bien et bon courage. Melles Maouel et Hamchaoui

USTHB – Faculté de Chimie – Semestre 2

Année Universitaire 2019/ 2020

Nom :……………………………………… Prénom (s) : …………………………Matricule :………………………………… Domaine : SM

Section : 2

Groupe : …………….

Test d’évaluation - Chimie 2 Exercice I :

1.5 moles de gaz parfait, dans un état initial caractérisé par PA = 3 atm et TA = 500 K, subissent un refroidissement isochore réversible (PB = 1.2 atm) suivi d’une compression adiabatique réversible (PC = 2 atm). 1°/ Déterminer le coefficient adiabatique  de ce gaz. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Calculer les variables d’état TB et TC sans calculer les volumes. TB

TC

3°/ Compléter le tableau, ci-dessous, en donnant les expressions de W, Q, U, H et S puis calculer leurs valeurs. Remarque importante : la variable d’état ‘’volume’’ ne doit pas apparaître dans les expressions trouvées. Transf

A→B

B→C

W (J)

Q (J)

U (J)

H (J)

S (JK-1)

4°/ On s’intéresse maintenant à la transformation A → C. a- Calculer UAC de deux manières différentes puis conclure. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b- Calculer puis commenter le signe de SAC …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Données : R = 8.31 J K – 1 mol – 1 Cp(gaz parfait) = 34.8 J K de températures étudié.

–1

mol – 1 : Cette valeur sera considérée constante dans le domaine

Exercice II :

On souhaite déterminer l’enthalpie de fusion de l’eau. Pour cela, on réalise une expérience de calorimétrie. Dans un calorimètre de capacité thermique C cal = 9.7 J K

– 1,

on introduit une masse m1 = 30 g d’eau

à t1 = 50 °C. On y ajoute un glaçon dont la masse m2 = 20 g est à une température t2 = - 25 °C. Lorsque l’équilibre est atteint, la masse restante de glace est mr = 3 g. Partie A : 1°/ Identifier les parties chaude et froide du système. Partie chaude : ………………………………………………………………………………………………………………………………………. Partie froide : ………………………………………………………………………………………………………………………………………. 2°/ * Quelle est la composition du système à l’équilibre ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ** Quelle est la température d’équilibre du système ? Justifiez votre réponse. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3°/ * Établir l’équation calorimétrique du système. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ** En déduire l’expression de l’enthalpie de fusion de l’eau. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… *** Calculer cette enthalpie puis commenter son signe. ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Partie B : 1°/ Déterminer la variation d’entropie de chaque constituant du système. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ La transformation du système est-elle spontanée ? Justifiez votre réponse. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Données : Cp(H2O)l = 4.18 J K – 1 g – 1 ;

Cp(H2O)s = 2.09 J K – 1 g – 1

Exercice III :

1°/ Donner la définition de « source de chaleur ». …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Trois moles d’eau à 25 °C (t1) sont chauffées à pression atmosphérique jusqu’à 150 °C (t2) et ce grâce à une source de chaleur. a- Donner l’expression littérale de la chaleur totale (Qtot) nécessaire à cette transformation, puis la calculer. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b- * Déterminer la variation d’entropie de l’eau. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ** Le résultat trouvé était-il prévisible ? Justifiez votre réponse. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

c- Quelle est la variation d’entropie de la source de chaleur ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… d- La transformation est-elle spontanée ? Justifiez votre réponse. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Données : Cp(H2O)l = 18 cal K –1 mol –1 ; Cp(H2O)g = 8 cal K –1 mol –1 ; Lvap (H2O) = 9.69 kcal mol –1 Exercice IV : Les parties A, B et C sont indépendantes.

Partie A : La combustion dans un réacteur (à volume constant), d’une pastille de 24.4 g d’acide benzoïque C7H6O2 dégage 655.5 kJ à la température T0 = 298 K. Données : M (C7H6O2) = 122 g mol – 1 ; R = 8.31 J K –1 mol – 1 1°/ Écrire la réaction de combustion de cet acide. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Calculer la variation de l’énergie interne de cette réaction de combustion à T0. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3°/ Déduire la valeur de l’enthalpie molaire de cette réaction à T0. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

Partie B : Soit la réaction de synthèse du méthanol à partir de CO(g) et de H2 (g), à 1 atm et 298 K : CO (g) + 2 H2 (g) → CH3OH (l)

(I)

1°/ Calculer la variation d’enthalpie standard de cette réaction, à 298 K . À cette température, on donne : (g)

(2)

H2 (g) + ½ O2

→ H2O(l)

H2° = - 285.8 kJ mol-1

(3)

C (s) + ½ O2

→ CO (g)

H3° = - 110.5 kJmol-1

(4)

C (s) + O2

(g)

(g)

(g)

→ CO2

→ CO2 (g)

(g) +

2 H2O(l)

H1° = - 726.5 kJ mol-1

(1) CH3OH(l) + 3/2 O2

H4° = - 393.5 kJ mol-1

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Déterminer l’enthalpie de cette réaction de synthèse du méthanol à 318 K. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 3°/ a- Écrire la réaction de synthèse du méthanol à 348 K. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b- Calculer alors l’enthalpie de la réaction de synthèse du méthanol à 348 K. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Données : R = 8.31 J K–1 mol – 1 Température de vaporisation du méthanol = 338 K Chaleur latente de vaporisation du méthanol = 35.2 kJ mol – 1 à T=338 K Capacités thermiques, à pression constante, exprimées en J K – 1 mol - 1 : Composé

CO (g)

H2 (g)

CH3OH (l)

CH3OH (g)

29.29

28.87

81.6

43.89

Partie C :

1°/ Écrire la réaction de formation de l’éthanal gazeux CH3CHO(g) : …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Calculer l’énergie de la liaison ‘’C = O’’ dans CH3CHO(g). Données en « kJ mol-1 »: Hf° (CH3CHO(g)) =

° ° ° ° ° − 166.4 ; Hsub (C) = 715 ; EH−H = − 431 ; EO=O = − 490 ; EC−H = − 410 ; EC−C = − 345.

………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………

3°/ Déduire l’énergie de dissociation de la liaison ‘’C = O’’ dans CH3CHO(g). Que représente cette valeur ? ………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………

Exercice V :

À une température T et sous 1 atm, on mélange 2 mol de MgCl2 solide et 0.5 mol de dioxygène gazeux. L’équilibre suivant s’établit : MgCl2 (S) + ½ O2 (g)

⇄

Cl2 (g) + MgO(s)

1°/ Calculer la constante d’équilibre à T = 298.15 K. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Lorsque T= 600 K, 0.45 mol de O2 (g) sont présentes à l’équilibre. a- Déterminer l’expression de la constante d’équilibre en fonction de PT et de e puis calculer sa valeur à 600 K sachant que la pression totale reste inchangée et vaut 1 atm. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b- Donnez la définition de la pression partielle d’un gaz dans un mélange gazeux puis déterminer les pressions partielles des gaz présents dans le système étudié. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… c- Quel est le degré d’avancement de la réaction à l’équilibre ? …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………

3°/ Sans calcul, prévoir l’effet thermique de la réaction directe. On supposera CpR = 0. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4°/ Déterminer l’enthalpie standard de la réaction, toujours en supposant CpR = 0. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5°/ À 298.15 K, la valeur de l’enthalpie standard de la réaction, calculée à partir des enthalpies standard de formation des différents constituants de la réaction donne la valeur de 40.12 kJ mol – 1. a- Déterminer l’entropie absolue standard de MgCl2 (S) à 298.15 K.

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..……… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b- En tenant compte, cette fois-ci, de la valeur de CpR qui vaut ‘’– 20.9 J K

–1

mol

– 1’’,

calculer

l’enthalpie standard de la réaction à 600 K. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… c- Déduire la quantité de chaleur échangée à pression constante lorsque l’équilibre est atteint à 600 K ?

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Données : R = 8.31 J mol – 1 K – 1 ;

Données à 298.15 K

Composé pur

∆G0f (kJ mol – 1)

S0 (J K – 1 mol – 1)

MgCl2 (S) O2 (g) Cl2 (g) MgO (S)

- 591.87 ? ? - 569.05

? 205.06 222.97 26.94

Exercice VI :

On considère l’équilibre suivant :

CO2 (g) + C (s)

1

⇄

2 CO (g)

2

1°/ Dans quel sens se déplacera cet équilibre si, à température constante : a) On ajoute du CO(g) à volume constant, …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… b) On ajoute un gaz inerte à pression constante, …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… c) On ajoute un gaz inerte à volume constant, …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… d) On diminue la pression totale. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 2°/ Dans un réacteur de volume constant, on introduit 3 moles de CO2 (g) et 2 moles de C(s). Initialement, la pression totale est de 1.5 atm. À l’équilibre thermodynamique, cette pression totale vaut 2.2 atm. Déduire alors la composition du système à l’équilibre. …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………...