Chapitre 5. Thermochimiematheux.ovh/Versions/Chimie/Chapitre_5ThermochimieResolutions.pdf · Page 1...

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Chapitre 5. Thermochimie

Solution

( )( )

( )

( )

glace

20011.11 mol

18

11.11 37.8 0 18 Chauffage de la glace

11.11 6010 Energie de fusion

0.2 4180 100 0 Chauffage de l'eau

11.11 40700 Energie de vaporisation

11.11 33.58 120 100 Chauffage de la vapeur

n

Q

= =

= − −

+

+ −

+

+ −

= 617622 J 618 kJ=

Solution

2

2

3

Volume molaire dansles conditions STP

3 moles

. 24.8 3 74.4 l 0.0744 m

100000 0.0744 7440 J 7.44 kJ

N

N mol

n

V V n

W P V

=

= = = =

= − = − = − = −

Solution

mailto:[email protected]

sur 18


( ) ( ) ( ) ( )6 26 2 2

Pour avoir des kJ

15 15 36 3 6

2 2 2

38.3145 298.15

23265 3261.3 kJ/mol1000

gl lg g

g

C H O CO H O n

U H RT n

+ → + = − = −

= −

−

= − − = −

Solution

( ) ( ) ( ) ( )

( )

3 8

3 28 2 25 3 4 3

100.2267 mole

44.09562

501.52212.17 kJ/mol

0.2267

8.3145 298.15 32212.17 2219.6 kJ/mol

1000

glg g g

C H

comb

comb comb g

C H O CO H O n

n

U

H U RT n

+ → + = −

= =

− = = −

− = + = − + = −

Solution

( )

( )

Nombre de moled'eau dans un kg

Chauffage de laglace fondueFusion de la glace

Energie perdue par l'eau : 0.3 4180 50

1254 627000 0

Energie gagnée par la glace :

10000.15 6010 4180 0

18

E

G

Q T

T

Q T

= −

= −

= + −

( )

50083.3 627 0

L'énergie perdue par l'eau est gagnée par la glace.

50083.3 627 1254 627000

62700 50083.36.7 C

627 1254

G E

T

Q Q T T

T

= +

= − + = − −

− = =

+


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Solution

( )

( )

100321 48 C soit 2°C/h

4.18 50

10032 182 . 4.44 kg

40.65 1000v

QQ Cm t t

Cm

Qm

H

= = = =

= = =

Solution

Vaporisation de l'eauChauffage Quantité d'eaujusque 100°Cà chauffer

Nombre de molesd'eau dans 1 kg

Quantité de chaleur disponible compt

1000450 4.18 90 40.65

18

0.70 43969mazoutm

+ =

Quantité de chaleur nécessaire

e tenu du rendement.

38.52 kg=


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Solution

( ) ( )5 4.18 0.389 2.5 28.57 252811 kJ/mol

5.00

180

U H + −

= = =

Solution

( )( ) ( )( ) ( )( )( ) ( ) ( )

( )

0 0 0

2 5 6 122 62 2

2 393.5 2 277.7 1262.4 80 kJ/mol

10080 44.4 kJ/mol

180

f f flg aqH H CO H C H OH H C H O

Q n H

= + −

= − + − − − = −

= − = − − =

Solution

2 2

2

2

2

436

243.1

2 2 2 432.2

185.3

185.3Pour une mole de : 92.65 kL/mol

2

H Cl HCl

H H H

Cl Cl Cl

HCl H Cl

HCl

+ →

− +

− +

− − −

−

− = −


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Solution

( )( ) ( ) ( ) ( )

( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )( ) ( )

( )( ) ( )( ) ( )( ) ( )( )

2 2 2

0 0 0 0 0

22 2

0 0 0 0 0

22 2

0 0 0

393.5 0 241.8 110.5 41.2 kJ/mol

213.8 130.7 188.8 197.7 42 J/mol

42 298.1541.2 28.68 kJ/mo

1000

g g g g

f f f fg g g g

g g g g

f

a CO H O CO H

H H CO H H H CO H H O

S S CO S H S CO S H O

G H T S

+ +

= + − −

= − + − − − − = −

= + − −

= + − − = −

− = − = − − = −

( )( ) ( ) ( )

( )( ) ( )( ) ( )( )( )

( )( ) ( )( ) ( )( )

4 10 4 6 2

0 0 0 0

4 6 4 102

0 0 0 0

4 6 4 102

l

Réaction spontanée conduisant à un équilibre. Une diminution de la température est favorable.

2

2

110 125.6 235.6 kJ/mol

278.

g g g

f f fg g g

g g g

b C H C H H

H H C H H H H C H

S S C H S H S C H

+

= + −

= − − =

= + −

=

0 0 0

5 2 130.7 309.7 230.2 J/mol

230.2 298.15235.6 166.97 kJ/mol

1000

Réaction non spontanée conduisant à un équilibre.

Une augmentation de la température est favorable

fG H T S

+ − =

= − = − = +


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Solution La réaction devient spontanée dès que 0

512322 °K 49 C

1.59

G

HG H T S T

S

=

= − = = = =

Solution

( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( )

3 2 2 2

3 2 2 2

0 0 0 0

2 2 2

2 2 2

2 393.5 2 285.8 2 0 874.1 484.5 kJ/mole

f combCH COOH f CO f H O f O

CH COOH O CO H O

H H H H H

+ → +

= + − −

= − + − − + = −

Les tables donnent les entropies absolues car, en vertu du troisième principe de la

thermodynamique, l’entropie d’un cristal parfait à 0°K est nulle. On calcule la variation

d’entropie à partir de l’équation de formation :

( ) ( ) ( ) ( )3 2 2

2 2 3

0 0 0 0 0

2 2

2 2

159.8 205.2 2 5.7 2 130.7 318.2 J/mol.°K

f CH COOH O C H

O C H CH COOH

S S S S S

+ + →

= − − −

= − − − = −

0 0 0 318.2. 484.5 298 389.5 kJ/mol

1000f f fG H T S = − = − + = −

Autre exemple : calculer l’énergie libre de formation de l’éthanol

( )

( )

( )( ) ( ) ( ) ( )2 5 2 2

2 2 2 5

0

0 0 0 0 0

0 0 0

12 3

2

277.7 kJ/mol Voir table

12 3

2

1160.7 2 5.7 3 130.7 205.2 345.4 J/mol.°K

2

345.4277.7 298.15 174.7 kJ/mol

1000

Les tables donnent

l

l

f

f f C H OH C H O

f f f

C H O C H OH

H

S S S S S

G H T S

+ + →

= −

= − − −

= − − − = −

= − = − + =

174.8 kJ/mol, ce qui confirme le calcul.


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Solution partielle

0

0

0

0 3

79888

138.3145 298.15

240.34 167.08 285.8 167.08 470.36 57.78 kJ/mol

58.45 56.6 70 56.6 47.55 80,90 J/mol°K

G 57.78 80.90 298 10 79.888 kJ/mol

9.95 10G

RTC

AF BF

H

S

K e e

−

−−

+

= − − − + + = −

= + + − − =

= − − = −

= = =


sur 18


Solution partielle


sur 18


( )

2

0

138.39 61

4

1

2

2 1 2

4

61

10

2

f) avec

115000100 ln 138.39 8.5 10

8.315 100

1000 idem 3.8 10

3000 idem 9.6

ln 1 1g) ln

3.8 10ln

8.5 10 8

g

g

n

P C C

C C

C

C

Cl Cl n

GK K RT K

RT

K K K e

K K

K K

d K H K H

dT RT K R T T

H

•

− −

−

−

−

=

= = −

= − = − = =

=

=

= = −

=

0

1 1120.5 kJ/mol

.315 100 1000

Si on prend comme intervalle de température 100,3000 120.92 kJ/mol

Note : Il est inutile de distinguer entre et , puisque est la variation

d'enthalpie en

H

H

H H H

− =

=

0 00

100

0

100

0

3000

tre état final et état initial, soit entre produits et réactifs.

121000 115000h) 60 J/mol°K

100

121000 6540055.6 J/mol°K

100

121000 5639059.13 J/mol°K

100

H GS

T

S

S

− − = = =

− = =

+ = =

Solution

,1

,2

2.78 11.726.0625

1.2 1.0426

2.48 625.93

0.38 1.51

c

c

c

K

K

K

= =

= = =


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Solution

( )2

1 14

12

PK

= =

Solution

( ) ( ) ( )

( )

2

2

2

2

2 2

Initial 2 0 0

Réaction 0.66 0.66 0.33

Final 1.34 0.66 0.33

Le volume étant de 1 l, le nombre de moles est égal à la concentration.

0.33 0.660.08

1.34

0.08 0.08315 273.15g

g g g

C

n

P C

NOCl NO Cl

NOCl NO Cl

K

K K RT

+

− + +

= =

= = +( )( )1

462 4.89

En supposant que la pression est en bar.

=

Solution


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( ) ( )

2 2 2

Calorimètre

100.2174 mole

46.07

1366.83 0.2174 296.7 kJ

2966.319 C

5 1 10 4.184

25 6.319 31.319 C

2 3 3

2 393.5 3 285.85 1366.83 277.82 kJ/mol

comb

eth

CO H O H eth

eth

H U Q

n

Q

t

t

H H H H H

H

= =

= =

= − = −

= = +

= + =

= + − −

= − + − + = −

Solution

2 1

2 2 2 2

2 2

2 1

57 6 kJ/mol

59 69 kJ/mol

59 69 57 6 2 09 kJ/mol

1 902Et donc : 0 91

2 09

HCl NaOH NaCl H O H .

ClCH COOH NaOH ClCH COONa H O H .

ClCH COONa HCl ClCH COOH NaOH

H H H . . .

.x .

.

+ → + = −

+ → + = −

+ +

= − + = − =

= =

Solution

( ) ( ) ( )0 0 0

2 2 3

91 8Immédiat car 0 45 9 kJ/mol

2f f f

.H N H O H NH . = = = − = −


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Solution

( )

( ) ( )

3 2 2 2 2 l

33

2

0 0 3 285 8 2 45 9 765 6 kJ

NH O O N H O

H . . .

+ → + +

= + + − − − = −

Solution

( ) ( )aqs

solution glucose

Glucose Glucose

1262 4 1270 7 8 3 kJ/mol

5 1105 1 g 0 02833 mol

180

8300 0 028330 54°C 15 0 54 14 46

4184 0 1051

Q H . . .

.m . n .

Q .t . t . . C

C.m .

→

= = − + =

= → = =

= = = = − =

Solution

( ) ( )

( )

2 5 2 5 gl

3

1

38 6 8 31415 273 15 78 37 10 35 677 kJ/mol

g

g

C H OH C H OH n

U H RT n . . . . .−

→ = +

= − = − − + =

Solution

( ) ( )

( ) ( ) 3

1

167 08 92 75 08 kJ/mol

75 08 8 31415 273 15 25 1 10 72 6 kJ/mol

gg aq

g

HCl HCl n

H . .

U H RT n . . . .−

→ = −

= − + = −

= − = − − + − = −


sur 18


Solution

2 2

3

2 2 3

2 4 donc 4

donc

2 5 donc 5

4 5

615 4 415 1 366 1 276 1 5 415 1 343 9 54 kJ/m

C C H C

H Br

C Br H C C C

r

C C H C H Br C Br H C C C

CH CH C H H H

HBr H Br H

C H Br BrCH CH H H H

CH CH HB BrCH CH

H H H H H H H

. . . . .

= −

−

− − −

= − − − − −

= → + +

→ +

+ + → − − − −

= + → −

= + + − − −

= + + − − − = ol

Solution

2

2 2

2 2 donc et 2

2 4 donc 2

2 2 4 donc 4 2

Pour la réaction poposée, on a alors :

+2 2 4 2

812 2 415 1 2 243

C C H C

Cl Cl

C Cl C C H C

C C H C Cl Cl C Cl C C H C

CH CH C H H H

Cl Cl H

C H Cl Cl CH CHCl H H H

H H H H H H H

.

−

−

− − −

− − − − −

→ +

→

+ + → − − − −

= + − − −

= + + 1 4 328 343 9 2 415 1 357 7 kJ/mol. . . .− − − = −


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Solution partielle

0

0

0 3

0

a) 187 8 0 0 187 7 kJ/mol

109 6 130 7 205 2 226 3 J/mol.°K

187 8 226 3 298 10 120 3 kL/mol

0 spontanée 0 0 équilibre

défavorable

H . .

S . . . .

G . . .

G H , S

T G

−

= − − − = −

= + − − = −

= − + =

Les autres questions se résolvent de la même façon.

Solution

( )

3

0

2

0

0 3

0

avec 1

164 2 8 31415 298 10 166 7 kJ/mol

164 282 1 kJ/mol

2

2 191 6 205 2 219 9 2 148 6 kJ/mol

164 2 148 6 298 10 208 48 kJ/mol

0 spontanée; 0 et 0 com

g g

f

f

U H RT n n

. . .

.H N O .

S . . . .

G . . .

G H S

−

−

= − = +

= − + = −

− = − =

= + − =

= − − = −

plète


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Solution

( ) ( )0

C'est immédiat à partir des tables.

2 174.8 2 394.4 915.4 233 kJG = − + − + =

Solution

( )( ) ( ) ( )

( )( ) ( ) ( ) ( )

4 2 6 1410 4

0

010 10.8

2 22

1

A partir des tables, on a : 9.6 68.4 16.3 61.7 kJ/mol

61700ln 243.889 6.446 10 10

8.3145 298.15

2 2 2 3

Le soufre étant à l'état solide, il n'int

lg g

sg g g

C H C H C H

G

GK K

RT

H S SO H O S

+

+

= − − + = −

= − = + = = =

+ +

( )0

15 15.8

ervient pas dans la constante. On calculera un

2 228.6 300.1 2 33.4 90.3 kJ

90300ln 43.281 6.6 10 10

8.3145 298.15

P

P P

K

G

K K +

= − + + = −

= + = = =

Solution


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Chromatographie en phase liquide.

Soit : Phase 1 = chloroforme

Phase 2 = eau

masse molaire de la caféineM =

1

111 2

2 2

2

Concentration Phase 1Coefficient de partage :

Concentration Phase 2

14 4car

1 31

K

m

m .MVK V V

m m .

MV

=

= = = =

( )

( )

eau Chloroformemasse g Caféine Caféine

Départ 300 0

Partage

Equilibre 300

300Concentration g/l

25 15

14 415 260 g300 1 31

25

x x

x x

x x

x.

xx .

− +

−

−

= =−

Solution


sur 18


( )

( )

5 3 2

5 3 2

Il est facile d'établir le tableau suivant

Total

Initial 0.53 0 0

Réaction 0.32 0.32 0.32

Final 0.21 0.32 0.32 0.85 mol

Pression 0.761 1.160 1.160 3.081 bar

0.85 0.08315 273.15 2 car

PCl PCl Cl

PCl PCl Cl

nRTP

V

+

− + +

+ = =

( )

2

2

1 1 2

503.081 bar

12

1.160On déduit le : 1.768

0.761

Pour obtenir le à 350°C, il suffit d'appliquer la formule :

1 1 92000 1 1ln ln 52.73

1.768 8.3145 250 273.15 350 273.15

P P

P

PP

K K

K

K H KK

K R T T

=

= =

= − = − = + +

Solution

2 2 4

2

2 2 4

2

2

Partons de 1 mole de

Total

Initial 1 00.667

6.0Réaction 0.8 0.40.333

Final 0.2 0.4 0.6 mol

Pression 0.333 0.667 1 bar

P

NO N O

NO

NO N O

K = =− +

Solution


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2

2 2

2 2

0.6316.379 mmol

98.9161

2.204 0.472Nombre de moles à l'équilibre : 12.511 mmol

0.08315 1000

Tableau d'avancement

mmol Total

Initial 6.379 0 0

Réaction

Final 6.379 6.3

COCl

COCl CO Cl

n

PVn

RT

COCl CO Cl

x x x

x x x

+

= =

= = =

− + +

−

2 2

79

On en déduit le nombre de moles formées : 12.511 6.379 6.132 mmol

On finalise le tableau d'avancement

Total

Initial 6.379 0 0

Réaction 6.132 6.132 6.132

Final 0.247 6.132 6.132 12.511 mmol

Pression

x

x

COCl CO Cl

+

= − =

− + +

0.04351 1.0802 1.0802 2.204 bar

1.0802Ce qui donne le : 26.82 27

0.04351P PK K = =


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