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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