corrigé Série 2 - 2014-2015

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www.goodprepa.tech UNIVERSITE CADI AYYAD FACULTE DES SCIENCES SEMLALIA – MARRAKECH

Département de Chimie Année 2014 - 2015

Filière SMP/SMC – S1 Thermochimie Corrigé de la série 2 Exercice 1 12Al (s)

+

3/2 O2 (g)

rH1

Al2O3(s)

aAl (s) t=0 tf

O2 (g)

4 4 – 2

Al2O3(s)

3 3 – (3/2)

0 

max1= 2 mol bAl (s) t=0 tf

O2 (g)

2 2 – 2

3 3 – (3/2)

Al2O3(s) 0 

max2= 1 mol Al est le réactif limitant cAl (s)

O2 (g)

t=0

4

3

4 – 2

3 – (3/2)

tf

Al2O3(s) 2 2+

max3= 2 mol 24Al (s)

+

3 O2 (g)

2 Al2O3(s)

Avec les mêmes quantités initiales, 'max1= 1 mol

'max2= 1/2 mol

1

'max3= 1 mol

Exercice 2 : 1- UIt = Ccal.T Ccal = 641,187 JK-1 2- a- La réaction de combustion : C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) t n°(s) -  n°(O2) -6

6 CO2(g) + 6 H2O (liq) 6 6

b- final = n°(s) = 0,3212/180 = 1,784. 10-3mol n( O2) = 6final = 0,0107 mol le volume d’oxygène est V(O2) = n(O2)RT/P P = 1 atm et T = 298K donc V(O2) = 0,26 L c- Qsyst.réact + Ccal.T’ = 0 (Qsyst.réact : quantité de chaleur échangée par le système réactionnel) Qsyst.réact = - Ccal.T’ = - 641,187 . 7,793 = -4996,77 J dQsyst.réact = finalcU° cU° = - 2800,88 kJ.mol-1 (Δυgaz=0) ecH° = cU° = - 2800,88 kJ.mol-1 (Δυgaz=0)  cH° = 6 fH°(CO2,g) + 6 fH°(H2O, l) - fH°(C12H22O11, s) fH°( C12H22O11, s) = - 1275,16 kJ.mol-1 Exercice 3 1C25H52 (s)

+

38 O2 (g)

→ 25CO2(g) + 26H2O(g)

2-

Méthode de combinaison de réactions : cH° = 13 H°a + 25 H°b - H°c + 26 H°d cH° = -15284,8kJ.mol-1 A partir des enthalpies de formation: cH° = 25 fH°(CO2,g) + 26 fH°(H2O, g) - fH°(C25H52, s) fH°(CO2, g) = H°b ; fH°(H2O, g) = ½ H°a + H°d ; fH°(C25H52, s) = H°c 3max = n(cire) max = 1,4.10-2mol Q = maxcH° Q = -214kJ nb de moles nécessaires à la combustion: n(O2) = 38.max nb de moles d’air correspondant: n(air) = n(O2)/0,2 V(air) = n(air).R.T/P V(air) = 65L Exercice 4 1-

a- ΔrH° = ΔfH°(C2H5OH, g) - ΔfH°(H2O, g) - ΔfH°(C2H4, g) A.N. : ΔrH°= -45 kJ.mol-1 b- ΔrH°= ΔlH°(C-H)+ ΔlH°(C-C)+ ΔlH°(C-O)- ΔlH°(O-H)- ΔlH°(C=C) 2

A.N. : ΔrH°= -34 kJ.mol-1 2-

C2H4(g) Δ cH°(C2H4,g)

+

H2O(g)

ΔrH°

C2H5OH

-Δ vH°(H2O, l)

(g)

-Δ cH°(C2H5OH, g)

2CO2(g) + 2H2O(l) + H2O(l) ΔrH° = ΔcH°(C2H4, g) - ΔvH°(H2O, l) - ΔcH°(C2H5OH, g) A.N. : ΔrH°= - 45,9 kJ.mol-1 3- La différence observée entre les valeurs de rH° calculées à partir des enthalpies de combustion et de formation et celle calculée à partir des enthalpies de liaisons est due aux valeurs non précises des enthalpies de liaisons données par les tables thermodynamiques et qui sont des valeurs moyennes sur plusieurs molécules. Exercice 5

1Réactions de combustion : C(gr) + O2(g) → CO2(g) S(S) + O2(g) → SO2(g) CS2(liq) + 3O2(g) → CO2(g) + 2SO2(g)

ΔcH°1 = -393,5 kJ.mol-1 ΔcH°2 = -297,1 kJ.mol-1 ΔcH°3 = -1075 kJ.mol-1.

2ΔcH°3 = ΔfH°(CO2, g) + 2ΔfH°(SO2, g) - ΔfH°(CS2, liq) ΔfH°(CO2, g) = ΔcH°1 ΔfH°(SO2, g) = ΔcH°2 ΔcH°3 = ΔcH°1 + 2ΔcH°2 - ΔfH°(CS2, liq) ΔfH°(CS2, liq) = ΔcH°1 + 2ΔcH°2 - ΔcH°3 A.N. ΔfH°(CS2, liq) = 87,3 kJ.mol-1 3-

C(gr) ΔH°a

+ 2S

(s)

ΔfH°(CS2, liq)

2ΔH°b

CS2 (liq) ΔH°c

2 ΔlH°C=S C (g) + 2S (g) CS2 (g) ΔlH°(C=S) = ½ (ΔfH°(CS2, liq) + ΔH°c - ΔH°a -2ΔH°b) A.N.: ΔlH°(C=S) = -581,75 kJ.mol-1

3

Exercice 6 1- Déterminer la variation d’enthalpie standard de la réaction à 298 K. ΔrH°298 = fH°( C6H12 , g) - fH°( C6H6 , l)

ΔrH°298 = -172,1 kJ.mol-1

2- lH° (C=C)ben : énergie de liaison C=C dans le benzène en supposant l’existence de 3 liaisons simples et 3liaisons doubles (formule de Kékulé) fH°( C6H6 , g) 6C(gr) + 3H2(g) C6H6 (g) 6fH°(C, g)

6fH°(H, g)

3lH°(C-C)+ 3lH° (C=C)b+6lH° (C-H)

6C(g) + 6H(g) lH°(C=C) = 1/3[ - 3lH°(C-C) - 6lH° (C-H) - 6fH°(C, g) - 6fH°(H, g) + fH°( C6H6 , g)] lH° (C=C)ben = - 664,4 kJ.mol-1 La valeur absolue de cette énergie est anormalement élevée car les six liaisons dans le benzène sont équivalentes. Dans le cas de liaisons équivalentes, on aura : lH°(C=C) = 1/6[- 6lH°(C-H) - 6fH°(C, g) -6fH°(H, g) + fH°(C6H6 , g)] lH° (CC)ben = - 504,2 kJ.mol-1 3- lH° (CC)ben < lH°(C=C)éth La liaison entre carbones dans le benzène est plus stable que celle dans l’éthylène à cause de l’énergie de résonance. 4rH°298 A 298K C6H6 (l) + 3 H2(g) C6H12 (g) fH°298( C6H6, g) - fH°298( C6H6, l)

A 298K

C6H6 (g)

373

3 C P ( H 2 , g )dT



298



373

C P (C6 H12 , g )dT

298

373

C P (C6 H 6 , g )dT

298

rH°373

A 373

C6H6 (g)

+

3 H2(g)

rH°373 = rH°298 - fH°298( C6H6, g) + fH°298( C6H6, l) – 373

373

298

298

C6H12 (g)



373

C P (C6 H 6 , g )dT

298

 3 C P ( H 2 , g )dT   C P (C6 H12 , g )dT  r H° 3 7 3 = -206 -57.10 - 3 (373-298)-3,3.10 - 6 (373 2 -298 2 ) rH°373 = -210,4kJ.mol-1

4