TD25 changements d`état

Lycée Viette TSI 1
Rabeux Michel Page 1
T.D. 25 Changements d’état
Ex 01 Cocotte minute
Une cocotte minute est équipée d’une soupape de section s = 4 mm
2
et de masse m = 40 g.
On suppose que la pression de vapeur saturante de l’eau à la température θ(°C) est donnée au
voisinage de 100°C par la loi :  =  .
θ
avec  = 1,013
1. Exprimer et calculer la pression maximale atteinte dans la cocotte
2. En déduire la température maximale atteinte dans la cocotte.
Ex 02 Vaporisation de l’éther
La température de vaporisation de l’éther sous une pression de 1,013 bar est θ = 34,5°C.
On évapore 7,4 g d’éther à 34,5°C, déterminer la variation d’enthalpie, d’entropie et
d’énergie interne au cours de ce changement d’état. L’éther gazeux est assimilé à un gaz
parfait et on néglige le volume du liquide devant celui du gaz.
M
éther
= 74 g.mol
-1
∆
vap
H
mol
= 29,0 kJ.mol
-1
à 34,5°C
Ex 03 Vaporisation réversible et irréversible de l’eau (1)
1. Un cylindre fermé par un piston mobile contient 18 mL d’eau liquide à 100°C sous une
pression de 1,013 bar. L’ensemble est en contact avec un thermostat à 100°C. On tire le
piston de façon quasi statique jusqu’à ce que la dernière goutte de liquide soit vaporisée.
a. Calculer le volume final V
f
du cylindre, l’eau gaz est considéré comme gaz parfait.
b. Calculer ∆U, ∆H, ∆S, W et Q .
2. Le même volume d’eau liquide est injecté dans un récipient vide thermostaté à 100°C de
volume V
f
. La vaporisation est immédiate. Déterminer ∆S
∆
vap
h
eau
= 2250 kJ.kg
-1
( à 100°C et 1,013 bar ) µ
eau liq
= 1 kg.L
-1
Ex 04 Vaporisation de l’eau (2)
Une enceinte initialement vide de volume V = 1 L est thermostatée à T
0
= 373 K. On y
introduit une masse m = 0,5 g d’eau liquide prise à la température T
0
et à la pression
p = 1,013 bar. La vapeur d’eau est assimilée à un gaz parfait.
1. Déterminer la composition finale du système.
2. Et si l’on place 1g d’eau, déterminer la fraction massique de vapeur d’eau x
vap
dans le
récipient. Quel doit être le volume minimal du récipient pour avoir vaporisation complète.
µ
eau liq
= 1,0 kg.L
-1
p
vap sat eau
( 100°C ) = 1,013 bar ∆
vap
h
eau
( 100°C ) = 2250 kJ.kg
-1
Ex 05 Surfusion du phosphore
Soit un récipient calorifugé contenant m = 10 g de phosphore liquide surfondu à la tempé-
rature θ = 34°C sous la pression atmosphérique p°.
1. On fait cesser la surfusion, déterminer la nouvelle composition du mélange.
2. Calculer ∆S
3. Mêmes questions en partant d'une température θ' = 14°C
T
fus
= 317 K ∆
fus
h°(T
fus
) = 20,9 kJ.kg
-1
c
P(liq)
= 795 J.K
-1
.kg
-1
c
P(solide)
= 840 J.K
-1
.kg
-1