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dm n1
Transformations physiques. Transformations chimiques.
Pour le vendredi 30 septembre 2016
Exercice 1. Explosion d’un explosif militaire Le P.E.T.N ou pentaérythritoltétranitrate est un explosif militaire, de formule C(CH2ONO2)4. Sa masse molaire est M = 361 g.mol-‐1.
Sa décomposition produit du monoxyde de carbone CO, du dioxyde de carbone CO2, du diazote N2 et de l'eau vapeur H2O.
1) Rappeler les règles de conservation que doivent respecter les nombres stoechiométriques dans l’équation symbolisant une réaction chimique.
2) Etablir l'équation de la décomposition du P.E.T.N en prenant comme nombres stoechiométriques les nombres entiers les plus petits (ce qui revient ici à un nombre stoechiométrique égal à 1 pour le P.E.TN).
On fait exploser 100 g de P.E.T.N dans une enceinte de 10 L à 298 K. L’explosion s’accompagne d’une élévation de température, qui atteint la température finale TF = 1 50à K.
3) Quelle est la pression pF atteinte dans l’enceinte ?
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Exercice 2. Autour du mercure
Données : • Les gaz sont assimilés à des gaz parfaits. • Constante des gaz parfaits : R = 8,31 J.K-1.mol-1. • Masse molaire du mercure (Hg) en g.mol-1 : 200,6. • Température de fusion du mercure : - 39 °C sous une pression de 1 bar. • Le mercure Hg(liq) est un liquide à 298 K. Son activité est égale à 1 lorsqu'il est
seul dans sa phase. • Valeur limite d'exposition au mercure dans l'air des locaux de travail : 0,05 mg.m-3.
Pollution de l'air par le mercure Le mercure est dangereux pour la santé humaine, il affecte principalement les fonctions cérébrales et rénales. Il est toxique sous de nombreuses formes. Cette partie étudie la toxicité du mercure métallique. Dans cette partie, la température est égale à 298 K. Pollution d'un local par du mercure liquide Un baromètre de Torrecelli contenant du mercure liquide est cassé dans le salon d’une maison. Le volume du salon est arrondi à 30 m3.
1) Le mercure est un métal très toxique. La valeur limite d'exposition au mercure dans l'air des locaux de travail est de 0,05 mg.m-‐3, calculer la pression partielle, Pmax, de mercure gazeux autorisée dans une pièce.
On appelle pression de vapeur saturante (Psat) du corps A à la température T, la pression partielle de la vapeur de A atteinte lorsque l'équilibre A(liq) = A(g) est réalisé. On étudie cet équilibre pour le mercure à 298 K pour lequel la constante d’équilibre de la réaction précédente vaut K° = 2,7.10-‐6 :
Hg(l) = Hg(g) K°
2) Exprimer la constante d'équilibre K° en fonction des activités des espèces.
3) Calculer la pression de vapeur saturante du mercure à 298 K, c'est-‐à-‐dire la pression de mercure à l'équilibre.
4) Combien de fois la norme de pollution est elle dépassée, lorsqu'on laisse du mercure à l'air libre dans une pièce fermée si l'équilibre est établi ?
5) Cette pièce a un volume de 30 m3, quelle masse de mercure est alors sous forme de vapeur lorsque l'équilibre est atteint ? Conclure.
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Exercice 3. Dihydrogène et dérivés hydrogénés
Un mode de préparation industrielle du dihydrogène met en jeu la réaction en phase gazeuse, d’équation suivante :
CH4(g) + H2O(g) = CO(g) + 3 H2(g)
La réaction se déroule sous une pression totale constante, Ptot = 10 bar. La température du système demeure constante et telle que la constante d’équilibre K° est égale à 15. Initialement, le système contient 10 moles de méthane, 30 moles d’eau, 5 moles de monoxyde de carbone et 15 moles de dihydrogène.
1) En utilisant la relation de Guldberg et Waage, exprimer la constante d’équilibre en fonction des pressions partielles des constituants et de P° = 1 bar.
2) Exprimer le quotient de réaction Qr en fonction de la quantité de matière de chacun des constituants, de la pression totale Ptot et de P°. Calculer la valeur de Qr à l’instant initial.
3) Le système est-‐il en équilibre thermodynamique ? Justifier la réponse.
4) Si le système n’est pas en équilibre, dans quel sens se produira l’évolution ? Justifier
brièvement la réponse. Dans un nouvel état initial, le système ne contient que 10 moles de méthane et 10 moles d’eau.
5) Dresser un tableau d’avancement faisant apparaître l’avancement ξ.
6) Déterminer la composition du système à l’équilibre, en partant de ce nouvel état initial. La pression totale reste égale à 10 bar.
FIN DU dm 1
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