Chimie spécifique pharmacie PACES 2012-2013 RAPPEL SUR LE PLANNING DES SEANCES DES SEPI ET TD DU CYCLE PHARM1. GROUPES SEPI Thermochimie Cinétique chimique TD Thermochimie Cinétique chimique 3, 4, 5, 6 1, 2, 7, 8 Jeudi 4 avril à la Serve à Meylan 9h – 10h 10h –11h Jeudi 4 avril à la Serve à Meylan 13h – 15h 15h – 17h Mardi 9 avril à la Serve à Meylan 14h – 15h 15h – 16h Lundi 15 avril amphi Lemarchands à La Tronche 8h – 10h 10h – 12h Chimie physique TD DE THERMOCHIMIE. Les QCM sont à préparer avant la séance de TD et seront corrigés en début de séance. Les exercices supplémentaires, qui ne sont pas sous forme QCM, seront travaillés et corrigés durant la séance de TD mais ne sont pas à préparer avant. !!! CE TD EST A PREPARER SANS L’UTILISATION DE CALCULATRICE !!! Formulaire : ∆ r X 0298 = Lois de Hess : ∑ν .∆ X i f 0 298 ∆ r S0298 = i Relation de Van’t Hoff : i 0 i i (X = H ou G) Expression de l’affinité chimique en fonction de K0 et Qr : ∑ ν ×S 0 A = RT.ln K Q r ( ( d ln K 0 (T) dT )) =+ ∆ r H0 RT 2 1 Chimie spécifique pharmacie PACES 2012-2013 QCM L’éthanol CH3CH2OH peut être préparé à partir d’éthylène et de vapeur d’eau selon la réaction 1: CH2=CH2 (g) + H2O (g) = CH3CH2OH (g) On se place dans le cadre de l’approximation d’Ellingham. Données. -1 ∆fH° (kJ.mol ) à 298 K S° (J.mol-1.K-1) à 298 K Ethylène (g) 52,5 220 Eau (g) -242 190 Ethanol (g) -235 280 QUESTION 1. Parmi les items suivants, lequel (lesquels) est (sont) juste(s) ? A. Une réaction de formation s’écrit toujours à partir des éléments constitutifs dans leur état gazeux. B. La réaction 1 est la réaction de formation de l’éthanol gazeux au sens thermodynamique. C. Le ∆fH° de l’éthylène (g) correspond au ∆rH° de toute réaction formant une mole d’éthylène gazeux. D. Le ∆fH° de l’eau (g) correspond au ∆rH° d’une réaction formant une mole d’eau gazeuse à partir d’une mole de H2 (g) et d’une mole de O (g). E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 2. Que vaut l’enthalpie standard de réaction ∆rH°1 ? A. – 59,5 kJ/mol B. – 424,5 kJ/mol C. – 45,5 kJ/mol D. + 59,5 kJ/mol E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 3. Connaissant le signe de ∆rH°1, que pouvez-vous en conclure ? A. La réaction est endothermique. B. La réaction est exothermique. C. Quand T augmente, la constante de cet équilibre K°1 diminue. D. Quand T augmente, la constante de cet équilibre K°1 augmente. E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 4. Parmi les items suivants, lequel (lesquels) est (sont) juste(s) ? A. ∆rS°1 <0 car la réaction dans le sens direct conduit à une désorganisation du système. B. ∆rS°1 >0 car la réaction dans le sens direct conduit à une désorganisation du système. C. ∆rS°1 <0 car la réaction dans le sens direct conduit à un système plus ordonné. D. ∆rS°1 >0 car la réaction dans le sens direct conduit à un système plus ordonné. E. Les items A, B, C et D sont faux. 2 Chimie spécifique pharmacie PACES 2012-2013 QUESTION 5. Que vaut l’entropie standard de réaction ∆rS°1 ? A. – 130 J/K/mol B. + 130 J/K/mol C. – 690 J/K/mol D. + 690 J/K/mol E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 6. Que vaut l’enthalpie libre standard de réaction ∆rG°1 à 500K? A. – 100,5 kJ/mol B. Environ – 65 kJ/mol C. + 19,5 kJ/mol D. + 19,5 J/mol E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 7. Connaissant ∆rG°1 à une température donnée on peut calculer la constante d’équilibre K°1 à la même température par la relation : A. K°1 = – RT.ln(∆rG°) B. K°1 = – RT.log(∆rG°) C. ∆rG° = – RT.ln(K°1) D. ∆rG° = – RT.log(K°1) E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 8. Au sujet de la température d’inversion de la réaction 1, quel(s) item(s) est (sont) juste(s) ? A. C’est la température pour laquelle ∆rG°1 = 0. B. C’est la température pour laquelle K°1 = 1. C. Elle existe nécessairement car ∆rH°1 et ∆rS°1 sont de même signe. D. Elle vaut 350 K. E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 9. Au sujet de modifications de paramètres physiques une fois l’équilibre de réaction 1 établi, indiquer quel(s) item(s) est(sont) juste(s) ? A. Une augmentation de température à pression constante déplace l’équilibre dans sens direct. B. Une augmentation de température à pression constante déplace l’équilibre dans sens indirect. C. Une augmentation de pression à température constante déplace l’équilibre dans sens direct. D. Une modification de pression à température constante est sans effet sur l’équilibre. E. Les items A, B, C et D sont faux. la le le le Questions 10 et 11. Pour simplifier les notations, on utilisera les indices A, B et C pour désigner une grandeur relative respectivement à l’éthylène, à l’eau et à l’éthanol. Par exemple, la pression partielle de l’eau sera notée PB. 3 Chimie spécifique pharmacie PACES 2012-2013 QUESTION 10. Parmi les expressions du quotient de réaction associé à la réaction 1, indiquer quelle(s) expression(s) est(sont) juste(s) A. Qr = PC .P° PA .PB P° × n A .nB PT n C. Qr = C nA .nB n V .P ° D. Qr = C × n A .nB R.T B. Qr = nC .nT , g E. Les items A, B, C et D sont faux. QUESTION 11. Parmi les perturbations suivantes une fois l’équilibre de la réaction 1 établi, quelle(s) est (sont) celle(s) dont on peut conclure qu’elle(s) déplace(nt) l’équilibre dans le sens de la formation d’éthanol ? A. Un retrait d’éthanol (=composé C) à température et pression constantes. B. Un ajout de vapeur d’eau (= composé B) à température et volume constants. C. Un ajout d’air (considéré comme un mélange de N2 et O2 inerte) à température et pression constantes. D. Un ajout d’air (considéré comme un mélange de N2 et O2 inerte) à température et volume constants. E. Les items A, B, C et D sont faux. 4 Chimie spécifique pharmacie PACES 2012-2013 EXERCICES SUPPLEMENTAIRES Exercice 1. On reprend la synthèse de l’éthanol : CH2=CH2 (g) + H2O (g) = CH3CH2OH (g) On se place à une température donnée. Partant d’un état initial de 100 mol en éthylène, 100 mol en eau et 0 mol en éthanol, sous une pression totale constante PT = 1 bar. A) On travaille en premier lieu à une température pour laquelle K°1 = 2.10–4. (a) Estimer la valeur de l’avancement à l’équilibre en effectuant les approximations adéquates. (b) Quel est l’état du système à l’équilibre ? B) On travaille maintenant à une température pour laquelle K°1 = 104. (a) Estimer les nombres de moles d’éthylène et d’eau restants à l’équilibre en effectuant les approximations adéquates. (b) Quel est l’état du système à l’équilibre ? Exercice 2. On rappelle que pour une demi-équation redox de type Ox + n.e– = Red écrite dans ce sens, on définit une enthalpie libre standard de demi-réaction : ∆rG0* = – n.F.E0 où E0 est le potentiel standard du couple redox considéré et F la constante de Faraday (F = 96 500 c.mol-1). Données (à 298K) : E01 (Fe3+/Fe2+) = + 0,77 V E02 (Ni2+/Ni(s)) = – 0,23 V On considère une pile formée par deux demi-piles: • la première contient du nickel solide (électrode) et des ions Ni2+ en solution aqueuse • la seconde contient et des ions Fe3+ et Fe2+ en solution aqueuse (l’électrode étant en platine, métal noble inattaquable) Le fonctionnement de la pile est donc basée sur la réaction entre les espèces des couples Ni2+/Ni(s) et Fe3+/Fe2+. A) (a) A la vue des valeurs des E0, quelle est à votre avis la réaction spontanée permettant à la pile de débiter ? (b) Ecrire son équation chimique avec les coefficients stœchiométriques entiers les plus petits possibles. B) (a) Exprimer en fonction des potentiels standard l’enthalpie libre standard de réaction à 298K. (b) Faire l’application numérique. C) Donner une expression numérique en puissance de 10 de K0 à 298K. On prendra RT/F.ln (x) = 0,06 log(x) à 298 K. 5