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CHI 305 – Thermodynamique et cinétique chimiques Page 1
Problèmes et exercices Année universitaire
Université Joseph Fourier
Ecole des Biotechnologies
L2 - UE CHI 305
Travaux dirigés
de
Thermodynamique et Cinétique Chimiques
Exercices et problèmes
Page
I - Avancement de réaction.
II - Cinétique chimique.
2
5
III - Le premier principe.
12
IV - Le second principe.
21
V - Equilibres chimiques.
25
VI - Diagrammes de phases (corps purs et systèmes binaires).
33

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Problèmes et exercices Année universitaire
I – Avancement
Notions à acquérir :
- Savoir faire un bilan en moles
- Avancement
- Avancement maximal
- Réactif limitant
I-1
Le superoxyde de potassium KO2 réagit sur le dioxyde de carbone CO2 en libérant du
dioxygène O2:
4 KO2 (s) + 2 CO2 (g)  2 K2CO3 (s) + 3 O2 (g)
Cette réaction explique pourquoi on utilise ce composé pour améliorer la qualité de l’air des
espaces confinés.
On met en présence 10 mol de KO2et 4 mol de CO2.
1) Calculer la valeur de l’avancement  quand on obtient 3 mol de O2.
2) En déduire les quantités des différents constituants présents dans cet état.
3) Pour quelle valeur maximale de l’avancement max la réaction est-elle totale ?
Quelles sont alors les quantités des différents constituants présents dans le milieu ?
I-2.
Le Mycoderma aceti est un microorganisme responsable de la fermentation acétique de
l’éthanol en aérobiose (en présence d’air) :
(1) CH3CH2OH (l) + O2 (g)  CH3COOH (l) + H2O (l)
Dans un vinaigrier (récipient pourvu d’une mère de Mycoderma aceti), on place 2 L de vin à
11° dépourvu au départ d’acide acétique (le degré alcoolique est le % d’alcool en volume).
1) Calculer la masse d’éthanol placée au départ dans le vinaigrier sachant que la masse
volumique de l’éthanol est  = 0,80 g cm-3.
2) Au bout d’une semaine, l’analyse montre qu’il reste 139 g d’éthanol dans le vinaigrier.
Déterminer l’avancement de la réaction d’oxydo-réduction (1).

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3) Quelles sont les masses d’alcool restante et d’acide obtenue pour un avancement  = 1,25
mol ?
4) Quel sera l’avancement max de la réaction lorsque la totalité de l’alcool aura été
transformée en acide ?
5) Sachant que la masse volumique de l’acide acétique est  = 1,05 g cm-3, quel volume
d’eau faut-il ajouter au contenu du vinaigrier pour obtenir un vinaigre à 6° lorsque la
fermentation est achevée ? On supposera que le vinaigrier contient toujours 2 L de solution (le
degré d’un vinaigre est le % d’acide acétique en volume qu’il contient).
Données : Masses atomiques relatives H = 1 C = 12 O = 16
Réponses
I-1. 1 )  = 1 mol. 2 ) nKO2 = 6 mol; nCO2 = 2 mol ; nK2CO3 = 2 mol. 3 ) max = 2 mol.
nKO2 = 2 mol ; nCO2 = 0 mol; nK2CO3 = 4 mol; nO2 = 6 mol.
I-2. 1 ) m = 176 g. 2 )  = 0,804 mol. 3 ) malcool = 118,5 g; macide = 75 g. 4 ) max = 3,826 mol.
5 ) VH2O = 1,644 L.

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II – Cinétique chimique
Notions à acquérir :
- Ordre global
- Ordre partiel
- Constante de vitesse réelle et apparente (en cas de dégénérescence de l’ordre)
- Loi de vitesse (1er et 2nd ordre)
- Temps de demi-réaction
- Loi d’Arrhenius, facteur préexponentiel et énergie d’activation
- Profil énergétique, étape élémentaire, état de transition, intermédiaire réactionnel
- Règle (ou loi) de van’t Hoff
- Etape limitante
- Principe de Bodenstein ou de l’état quasi-stationnaire
II – 1 –Décomposition du peroxyde d’hydrogène
L’étude cinétique de la réaction de décomposition du peroxyde d’hydrogène H2O2 en solution
aqueuse, en eau et en dioxygène, à 300 K, conduit aux résultats expérimentaux rassemblés
dans le tableau suivant.
t / min
0
4
12
30
46,2
[H2O2] / (mol L-1)
1
0,887
0,698
0,407
0,250
1) Ecrire l’équation bilan de la réaction pour une mole de H2O2
2) Rappeler l’expression de la loi de vitesse sous forme différentielle et retrouver sa
forme intégrée pour une réaction d’ordre 1.
3) Grâce aux données, vérifier que la réaction de décomposition considérée est d’ordre 1
par rapport au peroxyde d’hydrogène.
4) Déterminer la valeur de la constante de vitesse k de la réaction.
5) Définir et calculer le temps de demi-réaction t1/2.
6) Il faut 12 min à 300 K pour réaliser 30.2% de la réaction. Il ne faut plus que 3 min à
333 K pour atteindre le même résultat. Quelle est la valeur de l’énergie d’activation ?