CHIMIE

Masses molaires (g . mol −1 ):Ca:40,08 ; C:12,01.
SOS : Exprimer le Premier Principe pour le système.
Compte tenu des conditions, montrer que H se conserve.
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Propulsion de fusées
La réaction entre le dihydrogène et le dioxygène est utilisée
pour la propulsion de lanceurs comme Ariane ou la
navette spatiale américaine.
1 • En admettant que les réactifs, à 298 K, soient mélangés
dans les proportions stœchiométriques, calculer la température
maximale ou température de flamme adiabatique
atteinte par les produits.
2 • En fait, le mélange réactionnel est enrichi en dihydrogène
et correspond à (2 H 2 + 1/2 O 2). Quelle est, dans
ce cas, la température maximale ? SOS
3 • À de telles températures, le mélange final comporte
des quantités notables de radicaux tels que H • ou HO • .
L’équation doit alors être écrite :
2 H 2 + 1/2 O 2 = 0,990 H 2 + 0,985 H 2O + x H • + y HO •
a. Déterminer x et y. SOS
b. Calculer l’enthalpie de réaction à 298 K.
c. Justifier la capacité calorifique molaire à pression
constante du radical H. SOS
d. Évaluer la température finale .
Données :
∆ fH 0 (kJ . mol −1 ) à 298 K:
H 2O(g) : − 241,83 ; H(g) : +217,94 ; O(g) :+ 249,17.
∆ rH 0 (kJ . mol −1 ) à 298 K: • OH = • H + O:+ 428,0.
C p 0 (J . K −1 . mol −1 ):
H 2: 27,28 + 3,26 . 10 −3 . T ;
O 2 : 29,96 + 4,18 . 10 −3 . T ;
H 2O:30,54 + 10,29 . 10 −3 . T ;
• OH : 28,66 + 2,26 . 10 −3 . T ; • H:20,79.
SOS : 2 • La température est maximale, le système évolue
adiabatiquement.
3 • a. Utiliser la conservation des éléments.
b. Revoir les facteurs qui déterminent la valeur de C p 0 .
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Consommation d’une automobile
On considère une automobile roulant à 130 km . h −1 quand
la puissance de son moteur est de 55 ch. Le carburant
utilisé est de l’octane, de masse volumique r égale à
720 kg . m −3 . Le rendement global du moteur est de
h =29%. Calculer sa consommation en carburant, C, en
litre pour 100 km.
Données : ∆ fH 0 (kJ .mol −1 ) à 298 K:
carbone C (g) : + 716,7 ; hydrogène H (g) :+ 218,0 ;
eau H 2O (g) : − 241,8 ; dioxyde CO 2 (g) : − 393,5.
Enthalpie moyenne de liaison (kJ . mol −1 ):
C−H:415 ; C−C :345.
∆H 0 vap (octane) = 30 kJ . mol –1 ; 1 ch = 736 W.
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Applications du premier principe à la chimie
Métallurgie du zinc par voie sèche
composé
ZnO (s)
ZnS (s)
DfH0 (kJ .mol –1 ) – 347,98 –202,92
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Capacités calorifiques standard moyennes dans les
domaines de températures envisagées :
composé
Cp 0 (J .K –1 .mol –1 )
composé
Cp 0 (J .K –1 .mol –1 )
ZnS (s)
58,05
O2 (g)
34,24
ZnO (s)
51,64
N2 (g)
30,65
SO2 (g)
– 296,9
O2 (g)
Masse molaire (g . mol −1 ):SiO 2 : 60,1 ; ZnS : 97,5.
La métallurgie du zinc à partir de la blende ZnS se fait en
deux étapes, le grillage de la blende et la réduction de
l’oxyde de zinc. Nous nous proposons d’étudier le grillage
de la blende. Cette opération consiste à brûler la blende
dans l’air pour la transformer suivant l’équation :
ZnS (s) +3/2 O2 (g) = ZnO (s) +SO2(g)
Cette réaction se fait à 1350 K. On cherche à déterminer si
elle peut être auto-entretenue, c’est-à-dire si la chaleur produite
par la réaction est suffisante pour porter les réactifs
de la température ambiante à la température de la réaction.
1 • À l’aide des données thermodynamiques ci-dessus,
calculer l’enthalpie standard de la réaction de grillage à
1350 K. On considérera les capacités calorifiques comme
indépendantes de la température dans le domaine de température
envisagé.
2 • On suppose d’abord que le minerai n’est formé que de
sulfure de zinc. À quelle température serait porté un mélange
stœchiométrique formé d’une mole de ZnS et de la quantité
d’air appropriée, initialement à 298 K, par la chaleur
dégagée lors du grillage à l 350 K du ZnS dans les conditions
standard. On considérera l’air comme un mélange de
1 mole de O 2 et de 4 moles de N 2. Conclure sur la possibilité
de caractère auto-entretenu de la réaction.
3 • En réalité, la blende utilisée n’est pas pure. Elle est
associée à une gangue que nous admettrons constituée de
silice SiO 2. Quelle doit être dans ce cas la teneur minimale
en ZnS du minerai pour que la réaction soit autoentretenue
? On donnera la réponse en gramme de ZnS
pour cent gramme de minerai.
0
SO2 (g)
51,10
SiO2 (s)
72,65
EXERCICES
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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