exam 2010-11 thermochimie TC

Université de Provence
1
ère
session 2010-2011
Licence 1 BIO – Thermodynamique chimique
Date de l'épreuve : 19 mai 2011
Horaires de l'épreuve : 11h-12h
Sans document, mais avec calculatrice verte homologuée UP
Pour l’ensemble des exercices, rappelons que :
- La constante des gaz parfaits R = 8,314 J.mol
-1
.K
-1
- La température : 0°C = 273,15 K
- La pression : 1 atmosphère = 1,013.10
5
Pa 1 bar = 10
5
Pa
1. Gaz parfait et Thermodynamique
Un gaz parfait occupe un volume de 17,40 dm
3
, à 300,0 K, sous une
pression de 1,050.10
5
Pa. On chauffe ce gaz en maintenant le volume
constant, jusqu’à ce que la pression soit de 1,800.10
5
Pa.
a) Calculer la température finale du gaz
b) Calculer la variation d’énergie interne (∆U) et d’enthalpie (∆H) de
ce gaz au cours du processus.
c) Calculer la quantité de chaleur fournie au gaz pour l’amener à
l’état final.
La capacité calorifique molaire de ce gaz à pression constante est : C
p,m
=
29,30 J.K
-1
.mol
-1
2. Thermochimie du cyclopropane
a - Calculer la variation d’enthalpie ∆
r
H lors de la combustion à pression
constante et à 298 K de 3 moles de cyclopropane (CH
2
)
3(g)
et de la
quantité suffisante d'oxygène selon l'équation bilan (à équilibrer). La
réaction est-elle endo ou exothermique ?
…(CH
2
)
3 (g)
+ …O
2 (g)
…CO
2 (g)
+ …H
2
O
(l)
Données : variation d'énergie interne à 298 K au cours de la combustion
de 3 moles de cyclopropane : ∆
r
U = - 6 251.10
3
J
b - Calculer l'enthalpie molaire standard de formation du cyclopropane
∆
f
H°((CH
2
)
3(g)
298 K)
Données : les enthalpies molaires standard de combustion à 298 K :
(CH
2
)
3 (g)
: ∆
c
H°
m
= - 2 090 kJ.mol
-1
C
(s)
: ∆
c
H°
m
= - 393,5 kJ.mol
-1
H
2 (g)
: ∆
c
H°
m
= - 285,9 kJ.mol
-1

3. Synthèse industrielle de l’éthanol
L'éthanol est en partie synthétisé par l'hydratation de l'éthène en phase
gazeuse à 300°C, sous une pression constante de 70 bar, en présence
d'un catalyseur acide:
C
2
H
4(g)
+ H
2
O
(g)
= CH
3
CH
2
OH
(g)
a) Calculer la valeur de l'enthalpie standard, de l'entropie standard et de
l'enthalpie libre standard de cette réaction à 25°C.
b) Calculer la valeur de la constante d'équilibre de la réaction à 300°C, en
supposant que les valeurs calculées au a) sont indépendantes de la
température.
c) Dans les conditions industrielles, on introduit 2 moles d'eau et 2 moles
d'éthène pour démarrer la réaction. Définir l'avancement ξ de la réaction
et calculer sa valeur ξ
e
à l'équilibre.
d) Dans quel sens cet équilibre est déplacé si on augmente la pression
totale ? et si on ajoute de l’eau ? Justifier.
Données : Masse molaire en g.mol
-1
: C : 12,0 O : 16,0
Grandeurs thermodynamiques déterminées à 25°C et supposées
indépendantes de la température:
Composé
(état)
∆
f
H°
m
(kJ.mol
-1
) S°
m
(J.K
-1
.mol
-1
)
CH 3 CH 2 OH
(g)
-235,1 282,7
H 2 O
(g)
-241,8 188,7
C 2 H 4(g) 52,3 219,5