PHY2001 – Thermodynamique des systèmes terrestres AUT12 Professeurs : Eva Monteiro et Chérif Hamzaoui 18 décembre 2012

EXAMEN FINAL (9h00-12h00)

Exercice 1 Calculer l’enthalpie de réaction à pression constante à 25°C de la réaction :

C6H6 (l) + 15/2 O2(g) → 6CO2(g) +3H2O(l) On donne : ∆rU = -3262 kJ mol-1 par mole de CO2 formée à 25°C. Exercice 2 Considérons une mole d’eau surfondue qui se solidifie de façon isotherme à -10°C sous 1 bar.

1. Peut-on prévoir à priori le signe des variations d’enthalpie libre, d’entropie et d’enthalpie correspondant à cette transformation?

2. Calculer ces variations.

Données : Chaleur latente de fusion de la glace : ∆Hfus,273 = 6019 J mol-1; capacités calorifiques à pression constante : 37,62 et 75,24 J K-1 mol-1 pour la glace et l’eau liquide respectivement. Exercice 3 Discutez de la possibilité thermodynamique ou spontanéité des réactions suivantes en considérant la variation de l’enthalpie libre ∆rG0 à la température de 298 K :

a) CH4 (g) + 2O2 (g) = CO2(g) + 2H2O (l) (8) b) 2 NH3 (g) = N2(g) + 3 H2(g) (8) c) Calculer, pour la réaction b), la température à laquelle il y aurait équilibre entre l’ensemble

des produits et des réactifs. (9)

Données thermodynamiques à la température de 298 K CH4 (g) CO2(g) H2O (l) NH3 (g) H2(g) O2(g)

∆fH0 (kJ mol-1)

-74,8 -393,5 -285,2 -46,1 0 0

S0 (J K-1 mol-1)

186,2 213,6 69,9 192,3 130,6 205,0

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Exercice 4 . À l’aide du diagramme de phases du soufre ci-dessous, répondez aux questions suivantes :

a) Combien y a-t-il de points triples dans ce diagramme? b) Quelles sont les phases en équilibre à chacun de ces points triples? c) Quelle est la phase stable à température ambiante et à une pression de 1 atmosphère? d) Est-ce que le soufre monoclinique peut être à l’équilibre avec le soufre à l’état gazeux? e) Est-ce que le point d’ébullition normal du soufre est supérieur ou inférieur à 119°C?

Expliquez.

Exercice 5 En vous souvenant que la pression d’équilibre de la vapeur par rapport à l’eau liquide est égale à 3,2 kPa à 25°C, dites si les énoncés suivants sont vrais ou faux en justifiant votre réponse (une réponse sans justification vaut 0 points) :

a) Dans une pièce où il fait 25°C, du linge humide, à la température de la pièce, ne peut sécher si la pression de la vapeur d’eau y égale 3,2 kPa.

b) Dans une pièce où il fait 25°C, il est indispensable d’y vaporiser de l’eau constamment si on veut maintenir une pression de vapeur d’eau égale à 3,3 kPa.

c) Dans une pièce où la pression de la vapeur d’eau est de 3,2 kPa, il n’y aura pas de condensation s’il fait 30°C.

d) Dans une pièce où il fait 25°C et où la pression de la vapeur est de 3,1 kPa, il n’y aura pas de condensation sur les parois d’un récipient sortant du réfrigérateur (qui fonctionne…).

e) Dans une salle de bain où il fait 25°C, il n’y aura jamais de condensation sur les miroirs si l’eau qu’on fait couler du robinet est à moins de 25°C. (on considère que cette eau est la seule source d’eau dans la salle de bain…).

Bon courage