CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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Exercices
Applications directes du cours
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Application du premier Principe
Un récipient transparent, de volume V 1 = 15,0 L contient
de l’air. Initialement la température est de q 1 = 5,2 °C et
la pression est égale à la pression atmosphérique
p 1 =101,3 kPa. Ce récipient et l’air qu’il contient reçoivent
et absorbent le rayonnement solaire, si bien que leur
température s’élève et atteint q 2 = 45,8 °C.
1 • Calculer les variations d’énergie interne et d’enthalpie
de l’air.
2 • En déduire l’énergie absorbée par l’air au cours de
cette expérience.
Donnée :
L’air est assimilé à un gaz parfait, de capacité calorifique
molaire, sous pression constante, égale à 29,0 J . K −1 . mol −1 ;
2
Influence de la température
sur l’enthalpie standard de réaction
On considère la réaction de chloration totale du méthane
d’équation :
CH 4 (g) +4Cl 2 (g) = CCl 4 (g) +4HCl (g)
dont l’enthalpie standard de réaction est – 401,08 kJ . mol –1
à 298 K. Calculer cette grandeur à 600 K.
Données :
C p 0 (J . K –1 . mol –1 ) : CH4 (g) : 35,71 ; Cl 2 (g) : 33,93 ;
HCl (g) : 29,12 ; CCl 4 (g) : 83,51.
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Influence de la température
sur l’énergie interne standard
de réaction
La réaction du thiophène C 4H 4S avec le dihydrogène est
utilisée pour éliminer le thiophène contenu dans les hydrocarbures
fossiles ; ceci permet d’éviter la formation de
SO 2 lors de leur combustion.
L’équation de la réaction, réalisée à 700 K, est :
C 4H 4S (g) + 4 H 2 (g) = C 4H 10 (g) + H 2S (g)
Calculer son énergie interne standard de réaction à 700 K.
Données : À298 K, l’enthalpie standard de cette réaction
est − 262,6 kJ . mol −1 .
Dans l’intervalle (298 K – 700 K), les capacités calorifiques
molaires moyennes sous pression constante, C p 0
sont (en J. K −1 . mol −1 ) : C 4H 4S (g) : 117,2 ; H 2 (g) : 29,3 ;
H 2S(g) : 38,9 ; C 4H 10 (g) : 163,2.
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Carbure de tungstène
Le carbure de tungstène WC est utilisé en raison de ses
propriétés mécaniques exceptionnelles (dureté, caractère
réfractaire).
L’énergie interne standard de la réaction de combustion
d’une mole de WC en dioxyde de carbone et trioxyde de
tungstène (solide) a été déterminée, à 298 K, dans une
bombe calorimétrique : elle est égale à – 1191,9 kJ . mol –1 .
1 • Calculer l’enthalpie standard de réaction ∆ rH 0 à 298 K.
2 • Calculer le transfert thermique entre le milieu extérieur
et un système où on réalise, à température et pression
constante, l’oxydation complète d’une masse m =
1400 g de carbure de tungstène. Dans quel sens s’effectue
ce transfert ?
Donnée :
Masses molaires (g . mol −1 ):W:183,9 ; C:12,0.
5
Température de flamme
Afin de pouvoir effectuer l’enrichissement isotopique de
l’uranium, il est nécessaire de passer par l’hexafluorure
d’uranium UF 6. Le dioxyde d’uranium est d’abord transformé
en tétrafluorure d’uranium UF 4, puis le tétrafluorure
est oxydé en hexafluorure par le difluor, sous pression
p = 1 bar, par la réaction quantitative suivante d’équation :
UF 4 (s) + F 2 (g) ⎯→ UF 6 (g)
Les réactifs sont introduits en proportions stœchiométriques
et la réaction est initiée à 373 K dans un réacteur
adiabatique. Calculer la température maximale atteinte
dans le réacteur à l’issue de cette réaction. SOS
Données :
∆ rH 0 = − 260 kJ . mol −1 et C p 0 (UF6 (g) = 145 J . K −1 . mol −1
(indépendants de T).
SOS : Tenir compte des données disponibles pour choisir
le chemin en deux étapes équivalent à la transformation
globale.
6
Température de flamme
On considère la réaction totale d’oxydation, en phase
gazeuse, de l’ammoniac en monoxyde d’azote selon :
2 NH 3 (g) + 5/2 O 2 (g) = 2 NO (g) + 3 H 2O(g)
dont l’enthalpie standard à 298 K est :
∆ rH 0 = − 452,37 kJ . mol −1