Exercices d’entraînement (feuille P09)
Lycée Hoche – BCSPT1A – A. Guillerand
Thermodynamique – Chapitre 3 : Changement d’états du corps pur Page 1
Thermodynamique – Chapitre 3 : Changements d’état du corps pur
Exercices d’entraînement
Courbe d’analyse thermique
La courbe ci-dessous donne l’évolution de la température
en fonction du temps lors du chauffage isobare, sous une
pression de 1 atm, d’une masse de glace (d’eau)
enfermée dans une enceinte fermée dont la paroi supérieure
est un piston sur lequel s’exerce la pression 1 atm. On
considère que l’évolution est une succession d’états
d’équilibre.
Figure 1 : Courbe d’analyse thermique
1. Commenter cette courbe.
2. Relier la puissance thermique de chauffe supposée
constante (transfert thermique fourni au corps pur par
unité de temps) aux durées des phases de changement
d’état.
Eau à température ambiante
On enferme une masse kg d’eau dans une
enceinte de volume , à la température
constante pour tout cet exercice.
1. Quel est le volume maximal
du système pour que
l’eau soit entièrement à l’état liquide ?
2. Quel est le volume minimal
du système pour que
l’eau soit entièrement à l’état gazeux ?
3. Le système a initialement un volume
.
On réduit son volume jusqu’à une valeur de
L. Tracer, sans chercher à avoir une échelle
rigoureuse, l’allure de la courbe isotherme .
On précisera sur chaque domaine de la courbe l’état
physique du système.
4. On reprend l’expérience précédente, mais on s’arrête
cette à fois à un volume
. Calculer la
masse d’eau liquide et d’eau gazeuse dans cet
état.
Données : Masse volumique de l’eau à 20°C,
; Masse molaire de l’eau
; Constante des gaz parfaits
; Pression de vapeur saturante de l’eau à
, Pa
En novembre dans une usine à Sherbrooke située à
l’est de Montréal, un réservoir de d’acétone
utilisée comme solvant d’extraction a explosé. La majeur
partie des bâtiments a été détruite et deux employés y ont
laissé leur vie. On se propose de trouver une explication.
L’acétone est un solvant organique couramment utilisé au
laboratoire et dans l’industrie chimique car elle a
l’avantage de solubiliser de nombreuses substances
organiques et d’être également miscible à l’eau.
Sur les bouteilles d’acétone, on peut trouver, entre autres,
les pictogrammes ci-dessous.
La formule moléculaire de l’acétone est , on
fournit quelques données concernant ce composé :
- Masse molaire :
- Température de fusion sous :
- Point triple : sous
- Point critique : sous
- Masse volumique de l’acétone liquide à :
- Pression de vapeur saturante à :
1. Tracer l’allure du diagramme de phases ( ) de
l’acétone. Attribuer les domaines aux différents états
physiques et indiquer le nom des courbes tracées.
Placer tous les points dont vous connaissez les
coordonnées.
2. Pour étudier le caractère volatil de l’acétone, on place
un bécher de contenant une masse
d’acétone pure liquide dans une pièce fermée de
volume
de température constante
et ne contenant initialement pas d’acétone.
Quel est l’état physique de l’acétone quand l’état
d’équilibre est atteint (état 1).
3. Déterminer la valeur du volume
à la même
température de pour laquelle l’acétone de
masse initialement liquide serait réduite à une
goutte de liquide dans le bécher, en équilibre avec la
vapeur saturante à l’état d’équilibre (état 2).
4. Déterminer de même la valeur du volume
dans les
mêmes conditions tel que le bécher contienne en