TD Chimie n°7 : Déplacement et rupture d`équilibre Tous les gaz

TD Chimie n°7 : Déplacement et rupture d’équilibre
Tous les gaz seront considérés comme parfaits (R = 8,31 J.K-1.mol-1) et les solides comme non miscibles entre eux.
* Exercice 1 : Décomposition du monoxyde de carbone
On considère l’équilibre en phase gazeuse menant à la synthèse de méthane : CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g)
CO2 (g)
H2 (g)
CO (g)
H2O (g)
fH° (kJ.mol-1)
- 393
-110
-242
S°m (J.K-1.mol-1)
214
130
198
188
1. Déterminer la variance du système chimique à l’équilibre. Interpréter votre résultat.
2. Calculer la constante d’équilibre à 1100K.
3. Déterminer l’état final (1) si initialement, le système est constitué de 0,100 mol de monoxyde de carbone et d’eau. La
température est fixée à 1100K.
4. Au système précédent à l’état (1), on ajoute 0,100 mol de monoxyde de carbone à 1100K. Dans quel sens évolue le système ?
5. Quelle est l’influence sur le système chimique précédent (1) : a) d’une élévation de T à P cste ? b) d’une élévation de P à T
cste ?
6. On introduit dans un réacteur isotherme (T1 = 1 100 K) et isobare (PT = 5 bar) 1 mole de méthane et 3 moles de vapeur d’eau.
Les réactions suivantes peuvent se produire :
(1) CH4 (g) + H2O (g) = CO (g) + 3 H2 (g) de constante K01 = 315.
(2) CO (g) + H2O (g) = CO2 (g) + H2 (g)
a. Exprimer les quantités de matière nCH4, nH2O, nCO, nH2, nCO et ntot à la sortie du réacteur en fonction des avancements ξ1 et
ξ2 des réactions [1] et [2].
b. Pour ξ1 = 0,965 mole et ξ2 = 0,300 mole, le système est-il à l’équilibre ? Si la réponse est négative, dans quel sens évolue-
t-il ?
** Exercice 2 : Déplacement et rupture d’équilibre : Etude de la dissociation de l’oxyde de cuivre
 On s’intéresse dans cette partie à la dissociation de l’oxyde de cuivre (II) CuO en oxyde de cuivre (I) Cu2O et en dioxygène
selon l’équation bilan (1) : 4 CuO (s) = 2 Cu2O (s) + O2 (g) (1)
 On donne les enthalpie et entropie standard de la réaction (1) à T = 1 300 K :
rH1° (1 300 K) = 279 kJ.mol–1 ; rS1° (1 300 K) = 202 J.K–1.mol–1
1. a. Calculer la variance v d’un système constitué par les deux oxydes de cuivre et le dioxygène à l’équilibre chimique.
b. Cette valeur de v est-elle modifiée si le système initial est constitué d’oxyde de cuivre (II) seul ?
c. En partant d’oxyde de cuivre (II) seul, l’opérateur peut-il fixer indépendamment la température et le volume du système ?
La température et la pression du système ?
2. On introduit à 1300K dans un réacteur, initialement vide, de volume V variable n = 5,00.10–2 mol d’oxyde de cuivre (II).
a. Déterminer la pression P régnant dans le réacteur tant que l’équilibre (1) est établi. Donner la composition du mélange à
l’état final.
b. A partir de cet état d’équilibre, prévoir qualitativement l’évolution du système
- lors d’une augmentation de température à pression constante.
- lors d’une augmentation de pression de P à P’ à température constante. On discutera de l’état final en fonction de P’.
c. A partir du même état d’équilibre (2.a.), discuter de l’évolution du système si on augmente le volume V du réacteur. Tracer
alors l’allure de P = f(V).

*** Exercice 3 : Etude de deux équilibres
On considère à 950K les deux équilibres suivants :
(1) 2 CO(g) = C(s) + CO2 (g) K°1(950K) = 2,0
(2) GeO(s) + CO(g) = Ge(s) + CO2 (g) K°2(950K) = 0,8
1. Calculer la variance du système constitué de l’ensemble des constituants physico-chimiques concernés par ces équilibres chimiques.
Exprimer la constante d’équilibre pour ces deux équilibres. Ces deux équilibres peuvent-ils être simultanés ?.
2. Dans une enceinte fermée de V = 30 L, maintenue à 950 K, on introduit 10 moles de monoxyde de carbone. L’équilibre (1) étant
établi, calculer les quantités de matière et les pressions partielles des différentes espèces chimiques.
3. On ajoute 5 moles de monoxyde de germanium GeO(s). Montrer que le germanium Ge(s) n’apparaît pas.
4. En partant du système précédent et en maintenant la température à 950K, on fait varier le volume V de l’enceinte. A partir de quel
volume, l’équilibre (2) est établi ?
5. Quel volume faudrait-il atteindre pour que le carbone solide disparaisse ? En déduire les quantités de Ge(s) et GeO(s) présentes.