Thermodynamique – Chapitre 3 : Changements d`état du corps pur

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
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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  suppoe
constante (transfert thermique fourni au corps pur par
unité de temps) aux durées des phases de changement
d’état.
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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
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Explosion dun réservoir
En novembre  dans une usine à Sherbrooke située à
lest de Montréal, un servoir de   dacétone
utilisée comme solvant dextraction 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.
Lacétone est un solvant organique couramment utilisé au
laboratoire et dans lindustrie chimique car elle a
lavantage de solubiliser de nombreuses substances
organiques et dêtre également miscible à leau.
Sur les bouteilles dacétone, on peut trouver, entre autres,
les pictogrammes ci-dessous.
La formule moléculaire de lacétone est , on
fournit quelques données concernant ce composé :
- Masse molaire :    
- Température de fusion sous    :  
- Point triple :  sous  
- Point critique :  sous 
- Masse volumique de lacétone liquide à  :
  
- Pression de vapeur saturante à  : 

1. Tracer lallure du diagramme de phases ( ) de
lacétone. 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 lacétone, on place
un bécher de  contenant une masse 
dacétone pure liquide dans une pièce fermée de
volume
 de température constante
   et ne contenant initialement pas dacétone.
Quel est létat physique de lacétone quand létat
déquilibre est atteint (état 1).
3. terminer la valeur du volume
à la même
température de  pour laquelle lacétone de
masse initialement liquide serait réduite à une
goutte de liquide dans le bécher, en équilibre avec la
vapeur saturante à létat déquilibre (état 2).
4. terminer de même la valeur du volume
dans les
mêmes conditions tel que le bécher contienne en
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masse  de lacétone liquide initiale dans un état
déquilibre (état 3).
5. Représenter les différents états dans un diagramme
( ).
On considère le réservoir dacétone précédent de volume
  avant son explosion. Il est muni dun
capteur de pression (manomètre). Le servoir est maintenu
à une température    par un système de
réfrigération.
Le réservoir est correctement rempli avec  
dacétone. En raison de lair contenu dans le réservoir, le
manomètre indique initialement la pression atmosphérique
 . Après quelques heures, le manomètre se
fixe à la valeur  .
6. terminer les quantités de matière des différentes
espèces gazeuses pour les différentes valeurs de
pression lues et . On proposera pour cela une
démarche moyennant des hypothèses qui seront
formulées.
7. Lexplosion est liée à une fuite de gaz au niveau du
réservoir et à un défaut aux gles de sécurité.
Justifier.
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Questions ouvertes : quelques
phénomènes courants
1. Pourquoi avons-nous froid quand nous sortons de
l’eau après nous être baig ?
2. Pourquoi la chaleur humide est-elle plus difficilement
supportable que la chaleur sèche ?
3. Dans les cafés, on échauffe le lait avec de la vapeur
d’eau, pourquoi ce procédé est-il plus efficace que le
chauffage direct sur une plaque de cuisson ?
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Question ouverte : patinage artistique
La pression exercée sur la glace dune patinoire par la lame
dun seul patin à glace dun patineur en mouvement peut-
elle faire fondre la glace sachant que la courbe de fusion de
leau est assimilée à une demi-droite de pente  
 .
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