I – Action du dichlore sur le cuivre métallique

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UNIVERSITE DU MAINE
Faculté des Sciences
Année Universitaire 2003-2004
Deuxième session
LICENCE DE CHIMIE
Module LCU1
Epreuve de thermodynamique (2 heures)
I – Réduction de l’oxyde de cobalt CoO
La réduction de l’oxyde de cobalt CoO par le dihydrogène pur a été étudiée à 721°C par
Shibara et Mori (Z. Anorg. Chem. 1933). Ils ont constaté la présence de 2,5% en volume de
dihydrogène dans le gaz sortant. Lorsqu’ils ont utilisé le monoxyde de carbone pour cette même
réduction, ils ont trouvé 1,92% en volume de CO dans le gaz sortant.
1°) Ecrire les réactions de réduction de CoO par H2 et CO et l’expression des constantes
d’équilibre associées Kp1 et Kp2.
2°) Déduire les valeurs de Kp1 et Kp2 de la composition du gaz sortant. A l’aide des données
thermodynamiques, estimer leurs valeurs à 1000°C.
3°) Quelle serait la composition du gaz résultant du passage de vapeur d’eau pure sur du
cobalt pur à 721°C?
4°) La même vapeur d’eau passe maintenant sur un échantillon de cobalt inconnu. On trouve
2,15% d’hydrogène en volume dans le gaz sortant du four. Quelles conclusions précises (présence
d’une solution solide, cobalt initialement oxydé…) peut-on tirer de cette mesure sachant que la
phase oxydée formée contient 78,6 ± 0,1% en masse de cobalt (Co = 58 ,9 g.mol-1 ; O = 16 g.mol-1).
données standard à 298K :
∆fH° (kJ.mol-1)
Co (s)
CoO (s)
CO (g)
CO2 (g)
H2 (g)
H2O(g)
0
-237,9
-110,5
-393,5
0
-241,8
II - Etude d’une transition de phase par voie électrochimique
On construit la pile suivante :
(-) Pb,PbI2(s) | solution de KI 0,01M | AgI(s),Ag (+)
a) Décrire soigneusement le fonctionnement de cette pile et montrer que la concentration de
l’électrolyte n’influe pas sur la f.e.m de la pile.
b) AgI présente une transition entre deux variétés allotropiques α et β à la température Tt qui se
situe entre 130 et 150°C. En vue de préciser Tt, on a mesuré la f.e.m de la pile à différentes
températures, sous une pression de 3 atm afin de conserver l’électrolyte liquide.
- aux alentours de 130°C : E (V) = 0,1885 + 5,54 10-4 t°C
- aux alentours de 150°C : E (V) = 0,2065 + 4,31 10-4 t°C
En déduire l’entropie, l’enthalpie et la température de la transition α → β.
c) Etudier l’influence de la pression sur la température de transition à l’aide de l’équation de
Clapeyron. Conclusion ?
données : ρ ( AgIα ) = 6,01 g cm-3
masse molaire de AgI = 234,77 g.mol-1
ρ ( AgIβ ) = 5,68 g cm-3
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III – La bière et la thermodynamique
1°) « Jusqu’à quelle température peut-on refroidir une bière ? » La réponse à cette question
repose sur l’effet cryoscopique de l’éthanol dans l’eau ; la constante cryoscopique vaut Kf = 1,86°C
dans l’échelle des molalités. La bière contient environ 6% d’éthanol en volume.
- Redonner la loi de cryoscopie en fonction de Kf.
- Estimer la molalité en éthanol dans la bière en supposant que les masses volumiques de
l’eau et de l’éthanol ne varient pas lorsqu’on les mélangent.
- Calculer la température de congélation de la bière.
données à 25°C :
-3
masse volumique (g.cm )
-1
masse molaire (g.mol )
éthanol
eau
0,79
1
46,08
18,02
2°) La bière dite « pression » est toujours fraîche. Ce phénomène s’explique par le fait que la
bière est stockée dans des fûts sous pression de CO2 (afin de ne pas altérer ce breuvage).
En considérant le fût comme un système isolé, montrer que la détente du gaz qui intervient lors du
soutirage du fût est endothermique et permet de refroidir la bière. Aucun calcul n’est demandé.
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