Enoncé DM N°4 - CPGE Brizeux

PC#Brizeux#DM#N°4#2015-2016#
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DM#N°4#-#Thermodynamique#et#révisions#de#Cinétique#
A#rendre#le#Lundi#4#Janvier#
Les$3$exercices$sont$obligatoirement$à$traiter$!$
#
Exercice#1#:#Enthalpie#standard#de#formation#de#l'urée#
L’urée$(H2N)2CO$est$un$des$produits$du$métabolisme$des$protéines$qui$est$éliminé$dans$l’urine.$C’est$aussi$un$
composé$utilisé$pour$la$fabrication$d’engrais.$
$
1. Ecrire#la#formule#de#Lewis#de#l’urée#ainsi#que#ses#principales#formes#mésomères.#
2. Ecrire#la#réaction#de#formation#de#l’urée#gazeuse#à#298#K.#
3. Calculer#l’enthalpie#standard#de#formation#de#l’urée#gazeuse#à#298#K#à#partir#des#énergies#de#liaison#et#
de#l’enthalpie#molaire#standard#de#sublimation#du#carbone#graphite#(ΔsubH°#=#717#kJ·mol−1).#
#
On#considère#la#réaction#de#synthèse#de#l’urée#à#partir#de#phosgène#et#d’ammoniac#à#298#K#:#
COCl!(g)+2NH!(g)=(H!N)!CO(g)+2HCl(g)#
4. Calculer#l’enthalpie#standard#de#formation#de#l’urée#gazeuse#à#298#K,#sachant#que#ΔrH°#=#−202#kJ·mol−1.#
5. Expliquer# la# différence# entre# les# deux# valeurs# trouvées# pour# l’enthalpie# standard# de# formation# de#
l’urée.#Quelle#est#la#méthode#la#plus#correcte#?#
$
Données$:$
• Energies#de#liaison#en#kJ·mol−1#:#
#
C−N#
C=O#
N−H#
O=O#
H−H#
N≡N#
ΔdissH°#(=#DA−B)#
304,3#
748,2#
390,4#
494,9#
435,6#
715,2#
• Enthalpies#standard#de#formation#à#298#K#en#kJ·mol−1#:#
#
COCl2(g)#
NH3(g)#
HCl(g)#
ΔfH°#
−222,8#
−46,1#
−92,2#
#
Exercice#2#:#Etude#d'un#airbag#
Lors# d’un# accident# de# voiture,# 52# g# d’azoture# de# sodium# NaN3(s)#se# décomposent# totalement# en# sodium#
Na(s)#et#diazote#N2(g),# gaz# nécessaire# au# remplissage# des# 50# L# de# l’airbag.# Déterminer# la# pression# du# gaz#
lorsque#l’airbag#est#gonflé.#
Données$:# ΔfH°(NaN3(s))# =# 21,7# kJ·mol−1#à# 298# K#;# M(N)# =# 14# g·mol−1#;# M(Na)# =# 23# g·mol−1#;##
Cp,m(Na(s))#=#28,4#J·K−1·mol−1#;#Cp,m(N2(g))#=#29,1#J·K−1·mol−1#.#
!
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Remarque$:$Même$si$votre$raisonnement$n'a$pas$abouti,$toute$remarque$pertinente$montrant$que$vous$vous$
êtes$approprié$le$problème$et$que$vous$avez$progressé$vers$sa$résolution$sera$valorisée.$
##

PC#Brizeux#DM#N°4#2015-2016#
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Exercice#3#:#Décomposition#du#DMSO#
Le# DMSO#(ou# diméthylsulfoxyde# (CH3)2SO)# est# un# solvant# utilisé# en# synthèse# organique.# L’objectif# de# cet#
exercice#est#d’étudier#quelques-unes#de#ses#propriétés.##
1. Donner#la#structure#de#Lewis#du#DMSO.##
2. Les# angles# valenciels# autour# de# l’atome# de# soufre# dans# la# molécule# de# DMSO# valent# 105,1°# et# 98°.#
Attribuer#ces#angles#à#l’aide#de#la#méthode#VSEPR.#
3. Déterminer#les#propriétés#de#ce#solvant#:#polaire#ou#apolaire#;#protique#ou#aprotique.#
4. Quels#ions#sont#les#mieux#solvatés#par#le#DMSO#:#les#anions#ou#les#cations#?#Justifier#la#réponse.#
A# haute# température# (340# °C),# le# DMSO# subit# une# réaction# de# décomposition# thermique# dont# on# écrit#
l’équation#bilan#sous#la#forme#:##
DMSO#=#produits#de#décomposition#
Cette# réaction# a# été# étudiée# par# la# méthode# des# vitesses# initiales#:# dans# le#tableau# ci-dessous# la# vitesse#
initiale#v0#de#la#réaction#est#donnée#pour#différentes#valeurs#de#la#concentration#initiale#en#DMSO.##
On#suppose#que# la#loi#de# vitesse#s’écrit#sous#la# forme#v0#=# k[DMSO]0α#et# on# cherche# à# déterminer# l’ordre#
initial#de#la#réaction#α.#
103#x#[DMSO]0#(mol·L−1)#
2,0#
4,0#
6,0#
8,0#
10#
106#x#v0#(mol·L−1·s−1)#
1,52#
3,12#
4,73#
6,33#
7,93#
5. Proposer#une#méthode#graphique#permettant#d’évaluer#la#vitesse#initiale#de#disparition#du#DMSO.#
6. Par# quelle# méthode# graphique# peut-on# déterminer# l’ordre#de# la# réaction# sans# avoir# d’hypothèse# à#
formuler#sur#la#valeur#de#α#?#
7. A# l’aide# d’un# graphe# ou# d’une# régression# linéaire,# déterminer# l’ordre# initial# α# de# la# réaction# et# la#
constante#de#vitesse#k.#Le#tableau#de#valeurs#est#exigé.#
Pour# décrire# la# réaction# de#décomposition# thermique# du# DMSO,# le# schéma# réactionnel# suivant# a# été#
proposé#:#
#
La#vitesse#de#la#réaction#est#définie#comme#la#vitesse#de#formation#du#méthane#CH4.##
8. Rappeler# en# quoi# consiste# l’approximation# des# états# quasi-stationnaires# (ou# principe# de# Bodenstein).#
Dans#quel#cas#est-elle#applicable#?#
9. En#appliquant#l’AEQS#aux#intermédiaires#réactionnels,#montrer#que#:#
CH!SOCH!=
k!CH!SOCH!
2k!CH!
#
10. En#négligeant#v4#devant#v2#et#v3,#exprimer#v.#
11. La# réaction# admet-elle# un# ordre#?# Si# oui,# préciser# lequel.# Ce# résultat# est-il# en# accord# avec# l’étude#
expérimentale#?#