Q5SB16

MP* 1
Interrogations de physique et chimie du 28 / 11 au 5 / 12 / 2016
(Quinzaine 5 semaine B)
PHYSIQUE :
ETUDE DES TRANSFERTS THERMIQUES : cours et exercices : cf. progr préc.
Transferts conductifs dans les solides anisothermes.
Transferts thermiques à l’interface paroi solide / fluide.
CHIMIE :
OXYDO-REDUCTION EN SOLUTION MPSI cf programme préc : cours et exercices
Diagrammes potentiel-pH : lecture et construction partielle ; domaines de prédominance des espèces
dissoutes, domaine d’existence des espèces solides ou gazeuses.
THERMODYNAMIQUE CHIMIQUE :
Le potentiel chimique : cours et exercices simples :
Définitions à partir des différentielles de U et G (identité thermodynamique); identité G 
 ni i
traduisant l’extensivité de G. La fonction F est hors programme.
Potentiel chimique d’un corps pur dans une phase, variations avec p et T (volume et entropie molaires
Vm et Sm du corps pur exclusivement). Les quantités molaires partielles autres que les µi dans une
phase mélange sont hors programme.
Application aux transferts d’un constituant entre phases: critère d’évolution et condition
d’équilibre ; cas des changements d’état d’un corps pur à p et T constantes. Formule de Clapeyron
établie en exercice corrigé (la démonstration et la mémorisation de cette formule ne sont pas
exigibles).
Etats standard d’un constituant en phase condensée, en phase gazeuse, potentiels chimiques et
grandeurs molaires standard. Expression des potentiels chimiques : du corps condensé seul dans sa
phase, approximation µi fonction de T seule ; du gaz parfait (en mélange) ; du soluté idéal, du soluté
(infiniment) dilué.
Thermodynamique de la réaction chimique: cours et exercices simples:
Prévision du sens possible d’une réaction, divers types d’évolution possible: réaction totale ou
équilibre chimique; cas particulier P et T ctes : comportement de G comme « potentiel
thermodynamique ». Le programme n’utilise plus l’affinité chimique mais seulement son opposé
 r G   i  i
Grandeurs standard de réaction  r G0(T),  r S0(T),  r H0(T), et relations associées; expression de
 r G en fonction de  r G0(T) et du quotient de réaction Qr . Formules de Kirchhoff pour
d
(  r H 0 (T) ) et
dT
d
(  r S0 (T) ) . Ecriture du quotient de réaction pour une réaction en phase
dT
gazeuse parfaite (en fonction de P et des xi ou en fonction de V, T et des ni).
Equilibre chimique, loi de Guldberg – Waage dite « d’action de masses », constante d’équilibre,
formule de Van’t Hoff (ou de Gibbs-Helmholtz). Relation  r G = RT ln (Qr / K0 (T)), interprétation.
Règle de Hess (combinaisons de réactions).
Ecriture du quotient de réaction pour une réaction en phase gazeuse parfaite (en fonction de P et des xi
ou en fonction de V, T et des ni).
Etat Standard de Référence des Eléments chimiques, enthalpies et enthalpies libres molaires
standard de formation, entropies molaires standard absolues, utilisation des tables de données
thermodynamiques à 298 K.
Thermochimie : transfert thermique lors d’une réaction monobare isotherme ou non isotherme.
Température finale lors d’une réaction monobare adiabatique, ou d’une réaction en système isolé.
Choix de la température et de la pression pour favoriser une réaction, d’un point de vue
thermodynamique et cinétique (discussion sur l’exemple de la synthèse de l’ammoniac).
Facteurs d’équilibre, variance ; exemples d’équilibres chimiques monovariants, divariants. Cas où la
pression est sans effet sur l’équilibre : pseudo-variance.
Questions de cours sur le programme 5B (liste non exhaustive) :
Physique :
- Transfert thermique conductif : flux thermique, flux surfacique , loi de Fourier, conductivité
thermique, ordre de grandeur des conductivités thermiques.
- Régime permanent de conduction thermique unidimensionnel, résistance thermique d’un barreau
cylindrique.
- Régime permanent de conduction thermique en géométrie sphérique ou cylindrique, analogies
électrostatiques.
- Equation de la diffusion thermique à 1 dimension d’espace, propriétés qualitatives des solutions.
- Transfert thermique de surface, loi de Newton, coefficient de transfert de surface.
- Résistance thermique de la paroi d’un échangeur (fluide 1 / solide / fluide2) en géométrie plane.
Chimie :
-
Description et fonctionnement d’une pile électrochimique
Couples redox, potentiels redox, loi de Nernst
Exemple de titrage potentiométrique redox.
DiagrammeE/pH O2 /H2O /H2 , domaine d’électroinactivité (immunité) thermodynamique de l’eau.
-
Définitions du potentiel chimique, intérêt de la fonction G.
Sens du transfert spontané d’un constituant d’une phase vers une autre, condition d’équilibre
Changement d’état du corps pur et potentiels chimiques
Etat standard et potentiel chimique du corps pur condensé, du gaz parfait (en mélange)
Potentiel chimique des constituants d’une solution idéale, d’une solution très diluée.
-
Sens possible d’une réaction , enthalpie libre de réaction
Condition d’équilibre chimique
Grandeurs thermodynamiques standard de réaction, relations entre elles
Ecriture du quotient de réaction pour une réaction en phase gazeuse à P donnée ou à V et T donnés
Formule de Van’t Hoff
Etat standard de référence des éléments chimiques, enthalpies et enthalpies libres de formation
Transfert thermique lors d’une réaction monobare isotherme ou non isotherme ; cas des réactions
adiabatiques.
Choix de la température et de la pression pour favoriser une réaction (exemple de la synthèse de
l’ammoniac)
Facteurs d’équilibre, variance, exemples.
-