Enoncé DM N°4 - CPGE Brizeux

PCBrizeux
DMN°4
2015-2016
DMN°4-ThermodynamiqueetrévisionsdeCinétique
ArendreleLundi4Janvier
Les3exercicessontobligatoirementàtraiter!
Exercice1:Enthalpiestandarddeformationdel'urée
L’urée(H2N)2COestundesproduitsdumétabolismedesprotéinesquiestéliminédansl’urine.C’estaussiun
composéutilisépourlafabricationd’engrais.
1. EcrirelaformuledeLewisdel’uréeainsiquesesprincipalesformesmésomères.
2. Ecrirelaréactiondeformationdel’uréegazeuseà298K.
3. Calculerl’enthalpiestandarddeformationdel’uréegazeuseà298Kàpartirdesénergiesdeliaisonet
del’enthalpiemolairestandarddesublimationducarbonegraphite(ΔsubH°=717kJ·mol−1).
Onconsidèrelaréactiondesynthèsedel’uréeàpartirdephosgèneetd’ammoniacà298K:
COCl! (g) + 2NH! (g) = (H! N)! CO(g) + 2HCl(g)
4. Calculerl’enthalpiestandarddeformationdel’uréegazeuseà298K,sachantqueΔrH°=−202kJ·mol−1.
5. Expliquer la différence entre les deux valeurs trouvées pour l’enthalpie standard de formation de
l’urée.Quelleestlaméthodelapluscorrecte?
Données:
• EnergiesdeliaisonenkJ·mol−1:
C−N
C=O
N−H
O=O
H−H
N≡N
ΔdissH°(=DA−B)
304,3
748,2
390,4
494,9
435,6
715,2
−1
• Enthalpiesstandarddeformationà298KenkJ·mol :
COCl2(g)
NH3(g)
HCl(g)
ΔfH°
−222,8
−46,1
−92,2
Exercice2:Etuded'unairbag
Lors d’un accident de voiture, 52 g d’azoture de sodium NaN3(s) se décomposent totalement en sodium
Na(s) et diazote N2(g), gaz nécessaire au remplissage des 50 L de l’airbag. Déterminer la pression du gaz
lorsquel’airbagestgonflé.
Données: ΔfH°(NaN3(s)) = 21,7 kJ·mol−1 à 298 K; M(N) = 14 g·mol−1; M(Na) = 23 g·mol−1;
Cp,m(Na(s))=28,4J·K−1·mol−1;Cp,m(N2(g))=29,1J·K−1·mol−1.
Remarque:Mêmesivotreraisonnementn'apasabouti,touteremarquepertinentemontrantquevousvous
êtesappropriéleproblèmeetquevousavezprogresséverssarésolutionseravalorisée.
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Exercice3:DécompositionduDMSO
Le DMSO (ou diméthylsulfoxyde (CH3)2SO) est un solvant utilisé en synthèse organique. L’objectif de cet
exerciceestd’étudierquelques-unesdesespropriétés.
1. DonnerlastructuredeLewisduDMSO.
2. Les angles valenciels autour de l’atome de soufre dans la molécule de DMSO valent 105,1° et 98°.
Attribuercesanglesàl’aidedelaméthodeVSEPR.
3. Déterminerlespropriétésdecesolvant:polaireouapolaire;protiqueouaprotique.
4. QuelsionssontlesmieuxsolvatésparleDMSO:lesanionsoulescations?Justifierlaréponse.
A haute température (340 °C), le DMSO subit une réaction de décomposition thermique dont on écrit
l’équationbilansouslaforme:
DMSO=produitsdedécomposition
Cette réaction a été étudiée par la méthode des vitesses initiales: dans le tableau ci-dessous la vitesse
initialev0delaréactionestdonnéepourdifférentesvaleursdelaconcentrationinitialeenDMSO.
On suppose que la loi de vitesse s’écrit sous la forme v0 = k[DMSO]0 et on cherche à déterminer l’ordre
α
initialdelaréactionα.
103x[DMSO]0(mol·L−1)
6 −1
−1
10 x v0(mol·L ·s )
2,0
4,0
6,0
8,0
10
1,52
3,12
4,73
6,33
7,93
5. Proposeruneméthodegraphiquepermettantd’évaluerlavitesseinitialededisparitionduDMSO.
6. Par quelle méthode graphique peut-on déterminer l’ordre de la réaction sans avoir d’hypothèse à
formulersurlavaleurdeα?
7. A l’aide d’un graphe ou d’une régression linéaire, déterminer l’ordre initial α de la réaction et la
constantedevitessek.Letableaudevaleursestexigé.
Pour décrire la réaction de décomposition thermique du DMSO, le schéma réactionnel suivant a été
proposé:
LavitessedelaréactionestdéfiniecommelavitessedeformationduméthaneCH4.
8. Rappeler en quoi consiste l’approximation des états quasi-stationnaires (ou principe de Bodenstein).
Dansquelcasest-elleapplicable?
9. Enappliquantl’AEQSauxintermédiairesréactionnels,montrerque:
k! CH! SOCH!
CH! SOCH! =
2k ! CH!
10. Ennégligeantv4devantv2etv3,exprimerv.
11. La réaction admet-elle un ordre? Si oui, préciser lequel. Ce résultat est-il en accord avec l’étude
expérimentale?
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