Examen thermochimie fac sciences oujda 2010 2011 detente gaz
Télécharger PDFI - Détente d'un gaz parfait
On considère une détente de 1 mole d'air (gaz parfait) de 10 atm à 1 atm à la température constante de 25 °C.
a) Détente réversible
Le travail fourni par le gaz lors d'une détente réversible isotherme est donné par l'équation :
W = -nRT ln(Pf/Pi)
Avec : n = 1 mole, R = 8,314 J.mol⁻¹.K⁻¹, T = 25 °C = 298,15 K, Pf = 1 atm, Pi = 10 atm.
W = -1 × 8,314 × 298,15 × ln(1/10) = 8,314 × 298,15 × ln(10) ≈ 5704,8 J
b) Détente irréversible
Le travail fourni par le gaz lors d'une détente irréversible isotherme est donné par :
W = -Pf(Vf - Vi)
Pour un gaz parfait, Vf = nRT/Pf = 1 × 8,314 × 298,15 / 1 = 2478,8 L.atm
Vi = nRT/Pi = 1 × 8,314 × 298,15 / 10 = 247,88 L.atm
Convertir en Joules : 1 L.atm = 101,325 J
W = -1 × (2478,8 - 247,88) × 101,325 ≈ -245 × 101,325 ≈ -24816,1 J
c) Conclusions
Le travail fourni par le gaz est plus important dans le cas d'une détente réversible que dans le cas irréversible. Cela illustre le principe selon lequel le travail maximal est obtenu lors d'un processus réversible.
II - Enthalpies des réactions
Table des données :
Réactions :
1) 2 H₂(g) → H₂(g) | ΔH (kJ.mol⁻¹) = 437,6
2) C(s) + 2 H₂(g) → CH₄(g) | ΔH = -75,2
3) C(s) + 2 H₂(g) → CH₄(g) (correction : C + 2 H₂ → CH₄)
4) H₂(g) + ½ O₂(g) → H₂O(l) | ΔH = -242,7
1) Nom des enthalpies des réactions 1, 2 et 4
Les enthalpies des réactions 1 et 4 correspondent respectivement à l'enthalpie de dissociation de la liaison H-H et à l'enthalpie de formation de l'eau liquide. La réaction 2 correspond à l'enthalpie de formation du méthane gazeux.
2) Calcul de l'enthalpie ΔH de la réaction : C(s) + 2 H₂(g) → CH₄(g)
ΔH = -75,2 kJ.mol⁻¹ (valeur donnée directement dans la table).
III - Variation d'entropie de l'eau en refroidissement
La variation d'entropie ΔS pour un litre d'eau (1 kg) se refroidissant de 60 °C à 20 °C est calculée par :
ΔS = m × C × ln(Tf/Ti)
Avec : m = 1 kg, C = 4,185 J.kg⁻¹.K⁻¹, Tf = 20 °C = 293,15 K, Ti = 60 °C = 333,15 K.
ΔS = 1 × 4185 × ln(293,15/333,15) ≈ -499,9 J.K⁻¹
Le signe négatif de ΔS s'explique par le fait que le système perd de la chaleur, réduisant ainsi le désordre moléculaire.
IV - Réaction de décomposition du chlorure d'ammonium
Réaction : NH₄Cl(s) → NH₃(g) + HCl(g)
a) Prédiction du signe de ΔS°r
Sans calcul, on peut prédire que ΔS°r est positif car la réaction passe d'un état solide à deux états gazeux, augmentant ainsi le désordre du système.
b) Calcul des variations thermodynamiques
ΔH°r = ΣΔH°f(produits) - ΣΔH°f(réactifs) = (-46,2 + -92,3) - (-323,8) = 185,3 kJ.mol⁻¹
ΔS°r = ΣS°(produits) - ΣS°(réactifs) = (192,5 + 186,7) - 94,5 = 284,7 J.K⁻¹.mol⁻¹
ΔG°r = ΔH°r - T × ΔS°r = 185300 - 298 × 284,7 ≈ 100 000 J.mol⁻¹
c) Spontanéité de la réaction
La réaction n'est pas spontanée dans les conditions standards car ΔG°r > 0.
V - Équilibre de la réaction de formation du trioxyde de soufre
Réaction : 2 SO₂(g) + O₂(g) → 2 SO₃(g) (exothermique dans le sens direct).
a) Augmentation de la concentration en SO₂
L'équilibre se déplace vers la droite (formation de SO₃) selon le principe de Le Chatelier.
b) Diminution de la concentration en O₂
L'équilibre se déplace vers la gauche (décomposition de SO₃) selon le principe de Le Chatelier.
c) Augmentation de la pression totale
L'équilibre se déplace vers la droite (côté avec moins de moles de gaz) selon le principe de Le Chatelier.
d) Fourniture de chaleur au système
L'équilibre se déplace vers la gauche (sens endothermique) selon le principe de Le Chatelier.
FAQ
1. Qu'est-ce qu'une détente réversible ?
Une détente réversible est un processus thermodynamique où le gaz se détend de manière infiniment lente, permettant un échange de travail maximal avec le milieu extérieur.
2. Pourquoi l'entropie diminue-t-elle lors du refroidissement de l'eau ?
L'entropie diminue car les molécules d'eau perdent de l'énergie thermique et leur mouvement devient moins désordonné.
3. Que signifie une variation d'enthalpie libre ΔG positive ?
Une variation d'enthalpie libre ΔG positive indique que la réaction n'est pas spontanée dans les conditions données.