Thermodynamique chimique et équilibres : 357 questions de concours corrigées

Exprimer les activités des espèces présentes dans le réacteur. Conclure sur l'évolution du système siège de la réaction (1).

Écrire l'équation bilan de la combustion du méthane par le dioxygène, sachant que la réaction ne produit que de l'eau et du dioxyde de carbone sous forme gazeuse. On prendra un coefficient…

Établir l’équation de réaction modélisant la combustion du méthane.

Déterminer les enthalpies standard de formation du lithium et du soufre à l’état solide.

En présence d'EDTA, les cations Ca²⁺ et Mg²⁺ forment des complexes suivant les réactions bilan (1) et (2) de constantes d'équilibre respectives K₁ et K₂ : Ca²⁺(aq) + Y⁴⁻(aq) = CaY²⁻(aq) K₁ = 1010,7…

Écrire l’équation de la réaction de combustion complète du butane dans le dioxygène de l’air.

Déterminer les coefficients stœchiométriques α, β et γ de l'équation d'oxydation du glucose ci-dessous : C₆H₁₂O_6(aq) + α O_2(g) = β CO_2(g) + γ H₂O_(l)

Déterminer l'expression, puis calculer l'enthalpie standard de cette réaction, supposée indépendante de la température. La réaction est-elle endothermique ou exothermique ? Commenter.

Calculer la valeur de l'enthalpie standard de réaction à 298 K.

Rappeler la différence entre un réacteur ouvert et un réacteur fermé. Indiquer l'intérêt d'utiliser un réacteur ouvert plutôt qu'un réacteur fermé dans l'objectif de dépolluer des effluents…

Définir, à l'aide d'une fonction d'état thermodynamique à préciser, le potentiel chimique µ(T,P) de l'eau dans un récipient contenant n moles d'eau pure à l'état liquide sous la température T et la…

Déterminer l'enthalpie standard de réaction de l'équilibre (1). Préciser si la transformation est exothermique ou endothermique.

Indiquer l'influence d'une augmentation de température sur l'équilibre (1). Justifier la réponse apportée.

Déterminer l'expression du quotient de réaction Q_r associé à l'équilibre précédent en fonction notamment de la pression partielle p_CO_2 en dioxyde de carbone gazeux et de la concentration…

Donner l'expression du potentiel chimique du dioxyde de carbone gazeux supposé parfait, µ_CO_2,g à la température T et pour une pression partielle p_CO_2 en CO₂.

Donner l'expression du potentiel chimique du dioxyde de carbone dissous, soluté supposé infiniment dilué, µ_CO_2,aq, à la température T, en fonction de la concentration en quantité de matière en CO₂…

Citer la relation à l'équilibre chimique entre les concentrations de Iₐ, de I_b, la constante thermodynamique K°.

Dans les données en début d'énoncé, on peut lire « Δ_f H°(P₄(s)) = 0 ». En déduire une information sur l'espèce P₄(s).

Déterminer la valeur de l'enthalpie standard de la réaction (R1).

En justifiant, déterminer le signe de l'entropie standard de la réaction (R1).

Exprimer littéralement la constante d'équilibre K° de la réaction (R1) en fonction, entre autres, de son enthalpie standard de réaction et de son entropie standard de réaction.

Dresser un tableau d'avancement pour la réaction (R1) en indiquant une ligne pour l'état initial et une ligne à un état d'avancement ξ quelconque.

Écrire l'équation de la réaction de dissolution du chlorure d'ammonium dans l'eau distillée en précisant les états physiques des constituants.

Justifier que l'enthalpie standard de formation de O_2 (g) est nulle.

Déterminer l'enthalpie standard de réaction à 298 K. Commenter son signe.

À l'aide des données, calculer l'enthalpie standard de réaction à la température T₀ = 298 K. La réaction est-elle endothermique ou exothermique ? Justifier la réponse.

Écrire la réaction de combustion d'une mole de glucose C₆H₁₂O₆(s) avec le dioxygène O₂(g) qui libère du dioxyde de carbone CO₂(g) et de l'eau H₂O(l). Puis, déterminer la bonne valeur numérique de…

Exprimer l'enthalpie standard de réaction à 298 K de la réaction (2), puis calculer sa valeur.

Donner la relation qui permet de calculer l'enthalpie libre standard. L'enthalpie libre standard de cette réaction à 1300 K est de 225 kJ⁻¹. La réaction est-elle favorable thermodynamiquement ?…

Exprimer l'enthalpie libre standard de cette réaction en fonction des potentiels standard. Calculer la constante d'équilibre de cette réaction d'oxydoréduction.

Exprimer à l'équilibre la solubilité x_sol en fonction des potentiels chimiques standard de la nonivamide à l'état solide µ_s° et en solution µ_solv°.

En déduire que le tracé de ln (x_sol) en fonction de 1/T permet d'obtenir l'enthalpie standard Δ_disH° et l'entropie standard de dissolution Δ_disS°.

Calculer la valeur de l'enthalpie standard de réaction associée à la réaction (R). Commenter son signe.

Donner l'expression de l'enthalpie standard de la réaction (1) en fonction des enthalpies standard de formation, puis calculer cette enthalpie de réaction à 298 K.

Commenter le signe du résultat.

Écrire l'équation de combustion complète du méthanol liquide dans l'air (équation (2)).

Exprimer la constante d'équilibre K₁ de la réaction (1) à la température T en fonction de Δ_r H₁° et Δ_r S₁° à la même température.

Quel est l'effet d'une augmentation modérée de la température à pression constante sur le rendement de la synthèse ?

Calculer l'enthalpie standard Δ_rH° et l'entropie standard Δ_rS° de la réaction d'inversion du saccharose à 298 K.

En déduire la valeur de sa constante d'équilibre K° à 298 K. Qu'en conclure ?

Écrire, en la justifiant brièvement, une relation entre µ_eau*,liq(T_fus) et µ_eau*,sol(T_fus).

Donner la relation entre la tension à vide d'une pile et l'enthalpie libre de réaction.

Calculer l'enthalpie standard de réaction de la réaction étudiée. Conclure.

Exprimer la constante d'équilibre de cette réaction de carbonatation à 298 K en fonction des valeurs thermodynamiques obtenues précédemment. On obtient K° = 2· 10³⁸.

Montrer d'autre part que ζ vérifie : dζ = -s dT + v dP, où v est le volume massique.

Exprimez la différentielle de G_l,m(T, P) en fonction de V_l,m(T, P), S_l,m(T, P), et des différentielles de T et P. Exprimez de même la différentielle de G_v,m(T, P) en fonction de V_v,m(T, P)…

On considère la situation où T et P sont imposées par un thermostat et un réservoir de pression. On admet que G est un potentiel thermodynamique dans cette situation. Exprimez alors la condition…

Donnez la relation entre le potentiel chimique µ_l(T) de l'eau liquide, supposé ne dépendre que de la température, et le potentiel µ_v[T, P_v = P_sat(T)] de la vapeur d'eau à la pression de vapeur…

Écrire l'équation de la réaction qui modélise l'oxydation en phase gazeuse du monoxyde de carbone en dioxyde de carbone en se ramenant à une mole de dioxygène.

Écrire l'équation-bilan de la réaction de combustion du bois avec l'oxygène de l'air. La combustion est supposée complète et conduire à la formation de CO₂ et H₂O.

Que valent les enthalpies standard de formation du dioxygène gazeux O₂(g) et du diazote gazeux N₂(g) ? Justifier.

Quel est l'effet d'une augmentation de pression à température constante sur l'équilibre de la réaction de combustion du méthane ?

Quel est l'effet d'une augmentation de température à pression constante sur l'équilibre de la réaction de combustion du méthane ? Justifier.

Prévoir, justification à l'appui, dans quel sens l'équilibre est déplacé lors d'une élévation de température à pression et composition constantes.

Écrire la réaction supposée totale de décomposition de N₂O en diazote et en dioxygène.

Écrire l'équation bilan (1) de la synthèse directe d'une mole de glucose solide à partir du dioxyde de carbone gazeux et de l'eau liquide.

Toutes choses égales par ailleurs, l'augmentation de la température favorise-t-elle la production de trioxyde de soufre SO_3(g) ?

Donner l'expression de la constante d'équilibre K°(T) en fonction des fractions molaires, de la pression totale notée P et de la pression standard P° associée à l'écriture de l'équation 9.

On considère les grandeurs thermodynamiques de formation des espèces mises en jeu dans l'équilibre (1). Rappeler la définition de l'état standard de référence d'un constituant physicochimique. A…

En utilisant les données thermodynamiques, exprimer et calculer l'enthalpie standard Δ_r H° et l'entropie standard Δ_r S° de la réaction (1). La réaction est-elle endo ou exothermique ? On…

Comment peut-on calculer l'enthalpie libre standard Δ_r G° de la réaction (1) à 298K. Δ_r G° = -321,5 kJ⁻¹.

Donner l'expression de la valeur de la constante d'équilibre de la réaction (1) en fonction de l'enthalpie libre standard de la réaction.

Du point de vue thermodynamique, cette réaction est-elle favorisée par une température plus élevée?

Calculer l'enthalpie standard de réaction associée à la réaction (III.1). Commenter.

Calculer, à partir des données, l'enthalpie standard de réaction Δ H_r1⁰ pour une mole de silicate formée.

a) Calculer, à partir des données, l'entropie standard de réaction Δ S_r1⁰ pour une mole de silicate formé. b) Commenter son signe.

Calculer l'enthalpie standard de cette réaction.

Écrire les réactions standard de formation du monoxyde de carbone CO(g), de l'oxyde de fer FeO(s) et du dioxyde de titane TiO₂(s).

Exprimer en fonction des données puis calculer l'enthalpie standard de la réaction (1).

Exprimer en fonction des données puis calculer l'entropie standard de la réaction (1).

Calculer l'enthalpie libre standard de la réaction (1) et la constante d'équilibre à la température T = 1300 K.

En déduire que lorsque l'équilibre de physisorption est atteint, on a : θ = θ_eq = (K P(H₂))/(1 + K P(H₂)) Exprimer K (coefficient d'adsorption) en fonction de kₐ et k_d.

Ecrire l'équation de la réaction, notée (1) pour une mole de diazote.

Que valent les enthalpies standard de formation de N_2(g) et H_2(g) ? Justifier.

Calculer l'enthalpie standard de réaction de la réaction (1). Que peut-on en déduire ?

Calculer l'entropie standard de la réaction (1). Justifier son signe.

Exprimer la constante d'équilibre de cette réaction à 300 K en fonction des grandeurs thermodynamiques calculées dans les questions précédentes. On obtient : K° = 6,03 · 10⁵.

Calculer, en explicitant les hypothèses utilisées, la température atteinte au cœur de la flamme.

En réalité, la température obtenue au cœur de la flamme est d'environ 3800 K. Indiquer les hypothèses à remettre en cause pour expliquer la différence de résultat.

L'entropie standard de la réaction (1) est de -60 J⁻¹⁻¹. Calculer ln K, le logarithme népérien de la constante d'équilibre de la réaction à 298 K.

Prédire les effets de l'augmentation de la pression ou de la température sur la position de l'équilibre de la réaction (1). Proposer alors une explication à l'augmentation du risque d'explosivité…

En s’appuyant sur la loi de van’t Hoff fournie dans les données, déterminer si une augmentation de température favorise ou défavorise le rendement de cette réaction. En déduire que le choix de la…

À partir des données fournies en fin d’énoncé, calculer l’enthalpie libre standard de réaction Δ_rG° à 25 °C.

En déduire la force électromotrice standard e° de la pile au lithium-chlorure de thionyle à 25 °C.

Déterminer l'enthalpie standard Δ_r H₃° de la réaction (3), supposée indépendante de la température. Justifier que le calcaire se dépose davantage sur les canalisations d'eau chaude que sur les…

Relier l’enthalpie libre standard de réaction de la réaction de titrage (6) avec les potentiels standards des couples.

Montrer, en utilisant notamment la notion d'enthalpie libre standard de réaction, que la réaction entre le diiode et les ions thiosulfate est quantitative (totale) à T = 298 K.

À l'aide des données thermodynamiques fournies en annexe, calculer les valeurs de Δ_r H⁰ et de Δ_r S⁰ associées à la réaction (1). Pour quelle raison les valeurs des enthalpies standard de formation…

Quels sont les effets de la température et de la pression totale sur l'équilibre associé à la réaction (1) ? On précisera de quelle façon une augmentation ou une diminution de la valeur de ces…

Doit-on imposer une condition sur la température pour que la réaction soit thermodynamiquement possible ? On se place à une température de 1 100 K et on maintient la pression partielle en TiCl₄ à…

Ecrire l'équation de la réaction qui a lieu lors de l'ajout de la solution de fer (III) et calculer la constante d'équilibre associée à 298 K.

On rappelle l'expression du potentiel chimique pour : - un gaz parfait (gp) à la température T et la pression P : µ_gp(T,P) = µ_gp⁰(T) + RT ln (P/P⁰), avec µ_gp⁰(T) le potentiel standard du gaz…

Calculer et commenter le signe de l'entropie standard de la réaction à 298 K.

La constante d'équilibre vaut environ 5· 10² à 500 °C. Expliciter la démarche réalisée pour obtenir ce résultat à partir des valeurs calculées lors des questions précédentes.

Discuter du choix de la température utilisée dans le processus industriel en considérant les aspects thermodynamique et cinétique de la réaction.

Prévoir l'évolution de α lorsque la pression totale dans le réacteur est augmentée, la température restant constante.

Faire un bilan de matière dans le réacteur parfaitement agité en régime permanent (RPAC). On supposera que l'électrode est entièrement immergée dans la solution et que la concentration dans le…

Faire un bilan de matière au sein d'une couche élémentaire d'épaisseur dx. En déduire l'expression de la concentration en sortie c_s en fonction de la concentration en entrée cₑ et du facteur de…

Calculer, à 298 K, l'enthalpie standard Δ_r H° et l'entropie standard Δ_r S° de la réaction. En déduire la valeur de l'enthalpie libre standard de la réaction à 298 K, puis la force électromotrice…

À pression et température constantes, établir l'inégalité liant la variation d'enthalpie libre Δ G du système et le travail électrique fourni Wₑ.

Décrire en quelques lignes le principe d'une simulation Monte-Carlo en faisant le lien avec les variables A, X, a et u_a du code proposé en annexe 1. On commentera en particulier précisément le rôle…

En négligeant les capacités thermiques du calorimètre et du produit formé C₁₀H₁₆I₂, exprimer Δ_r H° en fonction des données. Calculer sa valeur. Commenter son signe.

En assimilant la réaction dans la pâte à la réaction en solution aqueuse, exprimer en fonction de Kₐ₁, Kₐ₃ et de K_s, la constante d'équilibre de la réaction (1), puis donner sa valeur numérique à…

Calculer la valeur de K°(T) à la température de l'expérience (T = 20^). On donne R = 8,31 J⁻¹⁻¹.

Exprimer K°(T) en fonction de k₁ et de k₂. Calculer numériquement k₁ et k₂ à la température de l'expérience.

Déterminer l'influence d'une élévation pression à température et composition constantes sur l'équilibre (R1). Justifier.

Déterminer, à 298 K, la constante d'équilibre de la réaction (R2) et commenter la valeur obtenue.

En exposant clairement les étapes du raisonnement, exprimer littéralement l'enthalpie standard de la réaction de dissolution Δ_diss H° en fonction des paramètres du problème. L'application numérique…

Faire un schéma d'un montage Dean-Stark et justifier l'intérêt d'utiliser un montage Dean-Stark dans le cas de cette réaction.

À partir des données thermodynamiques, justifier qu'un refroidissement favorise la précipitation de KClO₃.

La constante thermodynamique d'équilibre de la réaction à 298 K est K°(T₀) = 7 × 10⁻¹⁹. En supposant Δ_r H° indépendant de la température, exprimer la constante thermodynamique d'équilibre à la…

Calculer la constante d'équilibre K⁰ de l'équation bilan ainsi que l'enthalpie libre standard de réaction Δ_r G° à la température T = 298 K.

Déterminer l'enthalpie standard Δ_r H° de la réaction à T = 298 K. Est-il préférable de pratiquer cette électrolyse à haute température ou à basse température ? Justifier.

En justifiant, préciser l'influence sur cet équilibre d'une augmentation de température à pression constante.

En justifiant, préciser l'influence sur cet équilibre d'une augmentation de pression totale à température constante.

Déduire de E_NiCd la valeur de l'enthalpie libre standard Δ_r G° pour la réaction de décharge de l'accumulateur. Calculer à partir des données l'enthalpie standard de réaction Δ_r H°. En déduire…

À l'aide des données fournies, calculer l'enthalpie de réaction Δ_r H° ainsi que l'entropie standard de réaction Δ_r S° associées à l'équation 2. Commenter ces deux valeurs.

Représenter qualitativement le diagramme binaire eau-HBr sachant que l'azéotrope se situe à une fraction massique de 47,6

Exprimer Δ_r H°₁ en fonction de Δ_disH°(A-A) et Δ_disH°(B-B), puis en déduire l'énergie de liaison de AB en fonction de Δ_r H°₂, Δ_disH°(A-A) et Δ_disH°(B-B).

À l'aide des données fournies en fin d'énoncé, calculer l'enthalpie standard de cette réaction Δ_rH° à 293 K. Cette réaction est-elle endothermique ou exothermique ?

Établir l'expression de la constante thermodynamique d'équilibre de cette réaction à 293 K en fonction des potentiels standards E°(O_2(g)/H₂O_(l)) et E°(H₂O_(l)/H_2(g)). Déterminer la valeur de…

Comment évolue la constante thermodynamique d'équilibre avec la température ? Justifier.

Intéressons-nous aux propriétés chimiques du méthane. a) Indiquer les configurations électroniques des atomes H, C et O. Proposer des formules de Lewis pour les molécules d'eau, de dioxyde de…

Lors de la déchromatation, les ions Cr₂O₇²⁻ sont réduits en milieu acide en ions Cr³⁺ par les ions HSO₃⁻ qui s'oxydent en ions SO₄²⁻. Écrire la réaction chimique qui correspond à la réduction d'une…

La réaction (1) étant un équilibre, analyser qualitativement l'influence de la pression P et de la température T sur cet équilibre.

Exprimer la fraction molaire x_eau de l'eau dans la phase liquide, en fonction de m_eau, m_sucre, M_eau et M_sucre. Écrire ensuite une relation entre µ_eau*,liq(T'_fus), µ_eau*,sol(T'_fus), R…

En appliquant le premier principe de la thermodynamique, trouver la relation qui lie l'énergie interne de combustion de l'huile Δ_combU, celle de l'étalon acide benzoïque Δ_combUₑₜ, et les…

En modélisant l'huile de palme par de l'acide palmitique (C₁₆H₃₂O₂) pur, démontrer qu'on peut ici confondre enthalpie et énergie interne de combustion. Évaluer l'erreur relative correspondante…

Intégrez cette relation pour obtenir l'enthalpie libre G(r) (à une constante près, qui ne joue pas de rôle dans ce qui suit). Tracez l'allure de G(r) pour µ_l et µ_v fixés. On distinguera les cas…

Calculer la valeur de la constante thermodynamique K°(T) de cet équilibre chimique dans le cas particulier où T = 298 K.

L'état initial est constitué d'un mélange idéal de monoxyde de carbone et de dioxygène gazeux seulement. On définit la proportion initiale de dioxygène par le paramètre σ, égal au rapport de la…

Indiquer quelles sont les conditions de température et de pression qui favorisent l'oxydation du monoxyde de carbone. Dans ces conditions, discuter de l'intérêt d'utiliser un catalyseur.

Calculer la constante d'équilibre à 298 K de la réaction conduisant à PbO_(s) à partir des données thermodynamiques fournies en fin d'énoncé.

À l'aide de la figure 4, calculer l'entropie standard de réaction Δ_r S° et l'enthalpie standard de réaction Δ_r H°, en considérant qu'elles sont indépendantes de la température dans le domaine de…

Le protoxyde d'azote est préparé par décomposition du nitrate d'ammonium fondu à 520 K selon la réaction bilan suivante : NH₄NO_3 (l) = 2 H₂O_(g) + N₂O_(g) (1) On suppose les grandeurs Δ_f H° et S°…

Dans cette question, on considère un domaine de température tel que la réaction (1) est un équilibre chimique. Quelle est alors l'influence sur cet équilibre : a) de l'ajout de vapeur d'eau à…

Calculer l'enthalpie standard de réaction Δ_r H° et l'entropie standard de réaction Δ_r S° à 298 K associées à la réaction d'équation : 2 SO_2(g) + O_2(g) 2 SO_3(g) (9) Rappeler en quoi consiste…

À partir des résultats obtenus, déterminer la valeur de l'enthalpie standard Δ_r H₁° de la réaction d'oxydation du magnésium.

Calculer la constante de cet équilibre à 25 °C à l’aide des données fournies en fin d’énoncé.

En se plaçant dans l'approximation d'Ellingham, évaluer la fraction molaire de monoxyde d'azote NO présente à l'équilibre dans de l'air chauffé à 1450 K.

Déterminer en justifiant le signe de l'enthalpie standard de réaction Δ_r H°.

À l'aide des différentes courbes de la figure B du document réponse (à rendre avec la copie) et en supposant l'enthalpie standard de réaction Δ_r H° constante, déterminer l'enthalpie standard de la…

Cette énergie thermique est apportée par la réaction (2), de combustion du méthane, supposée totale : CH_4,gaz + 2O_2,gaz = CO_2,gaz + 2H₂O_gaz dont l'enthalpie standard de réaction vaut Δ H_r2⁰ =…

On réalise cette réaction à une température T₂ supérieure à T₁. Déterminer l'expression de la nouvelle constante d'équilibre notée K₂ en fonction de K₁, des températures T₁ et T₂, de l'enthalpie…

Déterminer numériquement la constante d'équilibre Kₑ(298 K) associée à la réaction de fonctionnement de l'électrolyseur à température ambiante. Justifier la nécessité d'imposer une tension Uₑ entre…

Déterminer l'enthalpie libre standard Δ_rG°(25 ⁾ de la réaction de décharge de la batterie à 25 ^.

Déduire de la figure 18 donnant l'évolution de la tension à vide E de la pile en fonction de la température, l'entropie standard de réaction Δ_rS°.

Quelle est l'influence d'une augmentation de pression isotherme sur l'équilibre (1) ? Une justification rigoureuse est attendue.

Quelle est l'influence d'une augmentation de température isobare sur l'équilibre (1) ? Une justification rigoureuse est attendue.

Discutez l'évolution de la gouttelette suivant son rayon initial, en distinguant à nouveau les cas µ_l < µ_v et µ_l > µ_v. Quand cela est pertinent, on identifiera une valeur remarquable r_c de r…

On modélise le kérosène par le décane C₁₀H₂₂. En s'appuyant sur une modélisation qui sera justifiée, exprimer puis évaluer l'élévation maximale de température lors de la combustion d'une mole de…

La solution A contient environ 30 g⁻¹ de sel NaCl, comme c'est le cas dans l'eau de mer. On note x_Na et x_Cl les fractions molaires de chaque espèce en solution. Montrer que x_Na = x_Cl. Estimer un…

Écrire les équations de combustion qui se produisent.

Sans refaire de calculs d'étaillés, indiquer si la température de la flamme augmente ou diminue lorsqu'on utilise un excès de comburant ou de combustible dans le mélange.

Calculer la constante thermodynamique d'équilibre de la réaction (11).

Déterminer le débit massique d'air Dₘ₀ permettant de réaliser la combustion dans les proportions stœchiométriques, puis la puissance thermique P_th0 libérée par la réaction dans ces conditions.

On souhaite éviter la production et le rejet de NOₓ dans l'atmosphère. Justifier qualitativement que l'on peut diminuer la température de sortie en modifiant le débit d'air en entrée. Expliquer…

En déduire la masse de CO₂ produite par minute de fonctionnement de cette chaudière.

Comparer l'énergie produite par l'utilisation d'une mole de glucose suivant le métabolisme aérobie d'une part et le métabolisme anaérobie d'autre part. Commenter.

Écrire la réaction de réduction du tétrachlorure de titane par le magnésium liquide sachant qu'il se forme du chlorure de magnésium liquide.

Ecrire le tableau d'avancement associé à la réaction et exprimer α en fonction de l'avancement ξ et n₀.

Justifier brièvement et sans calculs que la propriété (5) est habituelle.

En déduire l'expression du taux de conversion X = (cₑ - c_s)/cₑ pour le réacteur parfaitement agité en fonction du facteur de performance p du réacteur.

En déduire l'expression du taux de conversion X = (cₑ - c_s)/cₑ pour le réacteur piston en fonction du facteur de performance p du réacteur.

Comparer les performances des deux réacteurs sur la base du graphique de la figure (4) et indiquer le réacteur *a priori* le plus adéquat pour dépolluer des effluents industriels.

En déduire lorsque n est très grand que le comportement de n réacteurs parfaitement agités est équivalent à celui d'un réacteur piston.

Indiquer finalement, à partir des résultats des deux études expérimentales présentées sur les figures (8) et (9), quel type de réacteur est le plus efficace afin de dépolluer des effluents…

Évaluer le rendement théorique maximal de la pile PEMFC à la température de 60 ^.

Indiquer si la réaction 2 est endo- ou exothermique. En déduire s'il faut chauffer ou refroidir le milieu réactionnel pour maintenir une température de 130^.

Écrire le bilan de la réaction 3 sachant qu'il se forme du sulfate d'ammonium de formule (NH₄)₂SO₄. Le MMA pourra être noté CH₂ = C(CH₃)COOCH₃.

Exprimer m_Li(t), m_Li(t+dt) et m_Si(t+dt) en fonction de w_Li(t), w_Li(t+dt), w_Si(t+dt), m_L(t), m_L(t+dt) et dm_S.

Montrer que, pour deux éléments i et j dont les coefficients de partage vérifient D_i ≪ 1 et D_j ≪ 1, le rapport w_Li/w_Lj est constant.

Montrer que ψ a la dimension d'une pression.

Calculer la quantité de matière initiale en pinène n_p et la quantité de matière en diiode en excès n_I_2ex une fois tout le pinène consommé.

On utilise un sachet de 15 g de levure. Calculer les masses m_d de Na₂H₂P₂O₇ et m_b de NaHCO₃ contenues dans le sachet pour assurer la stœchiométrie de la réaction (1).

La réponse à la question précédente est-elle en accord avec les valeurs expérimentales du tableau 1 ? Justifier la réponse apportée.

Préciser l'influence d'une augmentation isotherme de la pression en dioxyde de carbone gazeux sur le quotient de réaction. Dans quel sens le milieu réactionnel évoluera-t-il pour retourner vers…

Calculer la valeur de la concentration en quantité de matière en dioxyde de carbone dissous, à 298 K, en équilibre avec une phase gazeuse dont la pression partielle en CO₂ est égale à 4,0 bar.

En déduire la masse de CO₂ contenue dans 1,0 L d'eau.

En justifiant la réponse, indiquer si au cours de la transformation l'opérateur doit chauffer ou refroidir le réacteur afin de maintenir la température constante.

En 2021, le chauffage de la résidence a nécessité 1900 MW. Estimer la masse m_CO_2 de dioxyde de carbone rejetée dans l'atmosphère.

Vérifier alors que la réaction est thermodynamiquement favorisée en se plaçant à 1300 K.

Écrire l'équilibre dans le cas de la myoglobine et exprimer β_Mb en fonction notamment des concentrations en Mb, MbO₂ et de la pression partielle en dioxygène.

Par lecture graphique, déterminer P₅₀ dans le cas de la myoglobine. En déduire une expression de β_Mb en fonction de P₅₀, puis une valeur numérique de cette constante. Commenter.

Ajuster les nombres stœchiométriques α, β et γ.

La valeur proposée pour la constante est-elle en accord avec vos résultats précédents ?

Donner l'expression du quotient réactionnel en fonction des pressions partielles.

Établir le tableau d'avancement de la réaction.

Déterminer sa constante d'équilibre. Commenter la valeur obtenue.

Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation chimique entre H_2(g) et O_2(g) pour produire de l'eau liquide.

Ecrire l'équation de la réaction de formation du carbonate de baryum à partir de BaO_(s).

Calculer la valeur de la pression partielle du CO₂ à l'équilibre, P_CO_2eq, à 298 K.

Expliquez alors pourquoi la présence de particules en suspension dans l'atmosphère favorise l'apparition de nuages.

Indiquer comment il convient de choisir la proportion initiale de dioxygène σ pour favoriser l'oxydation du monoxyde de carbone.

Une analyse élémentaire a fourni les pourcentages massiques respectifs en élément carbone, hydrogène et oxygène de 50 %, 6 % et 44 %. Montrer que, si le bois pouvait être considéré comme un corps…

Pour le chêne, on mesure un PCI de 19 MJ⁻¹. Quelle serait la valeur numérique de l'enthalpie de réaction de cette combustion ?

Écrire les réactions du dioxygène de l'air sur le plomb solide conduisant aux oxydes PbO_(s), Pb₃O_4(s) et PbO_2(s) à température ambiante. On prendra un coefficient stœchiométrique de 1 pour le…

Quelle masse de néodyme est contenue dans une tonne de monazite provenant de la mine australienne de Mount Weld ?

Soit Δ_rH° l'enthalpie de réaction standard de la réaction (ε). Donner la relation entre pci, M_carb et Δ_rH°. Application numérique : calculer pci sachant que Δ_rH° = -5 000 kJ⁻¹.

Calculer le pourcentage molaire de dioxygène dans le gaz de décomposition de N₂O. Comparer au pourcentage molaire de dioxygène dans l'air. Commenter.

On note M_g la masse molaire du glucose. Quel volume V(O₂) de dioxygène, assimilable à un gaz parfait, peut-on recueillir dans un récipient maintenu à la pression P et à la température T par la…

Proposer le nom d'une méthode expérimentale permettant de déterminer la valeur d'une enthalpie de réaction.

Exprimer la constante d'équilibre en fonction des activités des différentes espèces. Que valent ces activités ?

À 25 °C, justifier que la préconisation d'une concentration en acide benzoïque de 0,3 g⁻¹ ne pose aux industriels aucun problème de dissolution de l'acide benzoïque.

Écrire le bilan réactionnel (réaction (1)) entre la silice et le carbonate qui engendre une mole du constituant solide principal du ciment, c'est-à-dire une mole de silicate de calcium Ca₃SiO₅.

Cette réaction est-elle endothermique ou exothermique ?

Déterminer l'enthalpie standard Δ_rH° de la réaction de décharge.

Quelle est la formule du gaz formé ? Indiquer la relation entre la quantité de matière de gaz formé et le volume de gaz produit.

On introduit µ*(P, T) le potentiel chimique de référence de l'eau pure. Rappeler l'expression du potentiel chimique µ(P, T, x) de l'eau en présence d'un soluté de fraction molaire x, dans…

On note x_M la fraction molaire de sel dans le mélange des solutions A et B, et V_M le volume de ce mélange. Exprimer l'enthalpie libre du mélange G_M en fonction des mêmes grandeurs que dans la…

On suppose que le mélange se fait à température T et pression P constantes, et que le volume de mélange vérifie V_M = V_A + V_B. Exprimer x_M, puis la variation Δ G d'enthalpie libre, en fonction de…

Simplifier l'expression de Δ G dans l'hypothèse x ≪ 1 et obtenir un résultat linéaire en x.

On considère un gaz parfait de n moles à la température T dans un volume V_A. On fait subir une détente isotherme à ce gaz, avec un volume final égal à V_M. Calculer la variation d'enthalpie libre Δ…

Quantifier le travail maximal récupérable pour un mélange utilisant V_A = V_B = 1 m³, en J puis en kWh.

De façon générale, pour un volume d'eau douce V_B donné, comment faut-il choisir V_A pour maximiser l'énergie récupérable ?

En déduire l'expression suivante reliant la pression au potentiel adimensionné : P(x, z) = P_∞(x) + k_B T N_A c_∞(x) ψ(x, z)², où P_∞(x) = P(x, z = ∞) est la pression loin de la paroi. Pourquoi…

En déduire le sens de l'écoulement : va-t-il du plus concentré au moins concentré, ou le contraire ?

Calculer, en explicitant les hypothèses utilisées, la température atteinte à la périphérie de la flamme.

Détailler les changements à considérer dans les hypothèses et grandeurs utilisées pour réaliser ce calcul. On d'étaillera en particulier comment obtenir les grandeurs d'intérêt à partir des…

Effectuer un bilan d'étaillé d'enthalpie et exprimer, en fonction de q_gn et des données, la température des gaz en sortie de la chambre de combustion pour un débit massique d'air Dₘ₀. Commenter la…

Exprimer le débit molaire de chaque espèce en sortie en fonction de D_m,air, Dₘ₀ et des masses molaires dans le cas D_m,air > Dₘ₀. On présentera les résultats dans un tableau. Les débits molaires…

Exprimer, puis calculer, le débit massique d'air Dₘ₁ permettant à la turbine à gaz de fonctionner à sa température maximale tout en évitant la production de NOₓ.

Reprendre la question Q6 pour établir, dans le cas où D_m,air > Dₘ₀, la nouvelle relation donnant le débit massique d'air D_m,air en fonction de la température de sortie des gaz T_s en tenant compte…

Décrire précisément le graphe obtenu en mettant en évidence des valeurs particulières pertinentes dont on commentera le sens physique. Déterminer la valeur réelle du débit massique d'air permettant…

Déterminer la valeur de l’enthalpie standard de réaction de cette réaction, et commenter son signe.

Déterminer la valeur de l’énergie thermique libérée par la combustion complète d’un mètre cube de méthane pur assimilé à un gaz parfait, à la température initiale T = 0 °C sous une pression fixée de…

Estimer la proportion due à la consommation de gaz naturel dans l’empreinte carbone totale de la France en 2023.

Déterminer les valeurs de l’enthalpie standard de réaction et l’entropie standard de réaction pour la réaction de Sabatier à 298 K.

On suppose les enthalpies et entropies standard de réaction indépendantes de la température. Déterminer la valeur de la constante d’équilibre de cette réaction à T = 400 °C. Commenter.

En notant p la pression du milieu, établir l’expression du quotient réactionnel Q_r en fonction des quantités de matière en chaque gaz, de la pression p et de la pression standard p°.

En déduire l’effet d’une augmentation de la pression du milieu sur le rendement de cette réaction. Commenter le résultat obtenu.

Justifier que l'on a m ≈ 2,1.

Exprimer x₀ en fonction de la concentration initiale en acide chlorhydrique [HCl]₀, de la masse molaire M_NMC111 et du rapport s/l. Calculer x₀ pour chaque expérience.

Déterminer la valeur critique x₁ telle que si x₀ est inférieur à x₁, la seconde étape ne se produit pas. Pour laquelle des trois expériences cette condition s'applique-t-elle ? Calculer les…

Calculer la variation Δ e° de la force électromotrice standard de la pile qui en découle. Commenter.

Calculer le débit massique Dₘ de butane nécessaire en g⁻¹, puis en g⁻¹.

En déduire un ordre de grandeur de la constante d’équilibre de la réaction de titrage (6). Conclure.

Quel est le volume d'air à 21

On dispose d'un mélange eau-liquide/eau-vapeur à T = 10 °C et à la pression P = 3,6 kPa. Ce mélange peut-il être en équilibre ? Que vaut la différence : µ_liq(T) - µ_vap(T) à T = 10 °C ? Prévoir…

Montrer la relation suivante entre la constante d'équilibre K°, la valeur de α à l'équilibre α_eq et la pression totale P_T dans l'enceinte : K° = ((α_eq(2 - α_eq))²)/(16(1 - α_eq)⁴) (P°/P_T)²

Déterminer la pression totale du réacteur P_T pour que la valeur de α_eq soit égale à 0,9 lorsque l'équilibre est atteint à 500 °C.

Exprimer c_i+1 en fonction de c_i et en déduire que la concentration de sortie pour n réacteurs parfaitement agités en série est donnée par : c_s = cₑ (1 + p/n)⁻ⁿ

Calculer le temps de passage théorique pour le réacteur puis montrer que les résultats obtenus lors de la manipulation sans électrolyse permettent de montrer que les réacteurs se comportent bien…

Comparer les résultats obtenus avec et sans électrolyse pour vérifier si le dégagement gazeux produit lors de la réaction d'oxydation ne perturbe pas le fonctionnement du réacteur. Proposer une…

Commenter l'évolution obtenue pour la concentration en phénol dans les différentes cellules et de la performance de ce type de réacteur composé de cellules en série en vue de son objectif de…

Commenter l'évolution de la concentration en phénol en fonction du temps de passage dans le réacteur. Justifier le choix d'utiliser un temps de passage de 100 min lors de l'étude de l'influence de…

Justifier que les résultats expérimentaux obtenus lors de la variation de la concentration en phénol de la solution à dépolluer présentés sur la figure (9) sont bien cohérents avec l'étude théorique…

Indiquer les avantages de l'utilisation de l'électrolyse en réacteur piston plutôt que la séquence réactionnelle proposée à la question précédente.

Montrer que le rendement théorique maximal dans les conditions standard peut s'écrire ηₘₐₓ = 1 - T (Δ_r S°)/(Δ_r H°)

Calculer la constante d'équilibre K de la réaction de formation de C⁻_(aq), avec un coefficient stœchiométrique unité, à partir de l'acide borique et du D-mannitol aqueux à 25 °C. Commenter le…

Expliquer comment évolue la solubilité du sulfate d'ammonium en fonction de la température. Justifier à l'aide de la relation de Van't Hoff : (dln (K°))/dT = (Δ_r H°)/RT². Expliquer comment on peut…

En traduisant la conservation de la matière totale, puis la conservation de l'élément i entre les instants t et t+dt, établir une relation entre D_i, dm_L/m_L et dw_Li/w_Li. En déduire la loi dite…

Expliquer en quoi ce résultat permet de conclure sur la validation de l'hypothèse de processus de cristallisation fractionnée.

Exprimer l'enthalpie massique de dissolution de NaCl dans l'eau, notée Δ_diss h, en fonction de cₑ, C, m₃, m₄ et de Δ T.

Quel est l'effet d'une augmentation de température, à pression constante, sur la solubilité du chlorure de sodium dans l'eau pure ? Justifier.

Montrer alors, lorsque l'équilibre (1) est établi à la température T et sous une pression totale P fixée, qu'il est possible d'écrire : [CO_2(aq)] = k p_CO_2 où k est une constante ne dépendant que…

Exprimer la différentielle totale de l'enthalpie libre massique dg en fonction des variations infinitésimales de la température dT et de l'excitation magnétique dH.

À partir de l'égalité (∂² g)/(∂ H ∂ T) = (∂² g)/(∂ T ∂ H) et des propriétés de la différentielle totale de g, montrer que si M dépend de T alors s dépend de H.

À partir du modèle de matériau proposé pour M(T, H), en déduire l'expression de la variation d'entropie massique du matériau, notée Δ s, pour un champ µ₀ H variant de 0 à 1 tesla.

En utilisant la figure 4, estimer la quantité de matière d'acide pyruvique mise en jeu lors de l'explosion.

Montrer que les ions ClO⁻ ne sont pas stables et se décomposent selon une réaction dont on écrira l'équation bilan et dont on calculera la constante d'équilibre.

Calculer la solubilité en gramme par litre de KClO₃ dans l'eau pure à 75^ et à 10^.

Un cycliste développe lors d'une sortie d'une durée d'environ Δ t = 4 heures une puissance moyenne P_méca = 180 W. En considérant que son rendement musculaire η vaut 25 %, exprimer en fonction de…

À partir du document 7, expliquer qualitativement ce qui justifie de devoir effectuer l'électrolyse du CO₂ à haute température (800 ^).

En déduire la variation de la tension E_NiCd avec la température.

En déduire l'expression de Y en fonction de β_Mb, P_O_2 et P°.

Quelle est la valeur du coefficient de Hill n dans le cas de l'hémoglobine Hb ? En déduire l'équilibre de complexation de O₂ par l'hémoglobine et exprimer sa constante d'équilibre β_Hb.

Par lecture graphique, déterminer P₅₀ dans le cas de l'hémoglobine. En déduire une expression de β_Hb en fonction de P₅₀, puis une valeur numérique de cette constante. Commenter.

Estimer la constante d'équilibre standard K°(T) à la température T puis sa valeur pour T = 6,5 · 10² K.

On désire déplacer l'état d'équilibre vers la formation de UF_4(s). En justifiant rigoureusement, indiquer s'il faut augmenter ou diminuer la température et la pression totale ou encore diluer le…

Calculer l'enthalpie standard, l'entropie standard de cette réaction à 1300 K.

Proposer une optimisation des conditions de formation du chrome solide.

Calculer, à l'équilibre, l'avancement de la réaction et le nombre de moles de chrome formé.

Déterminer la concentration des différentes espèces présentes en quantité notable dans les solutions lorsque la pile est « usée ».

Reproduire le graphe représenté sur la figure (2) et y situer les domaines propices à la formation des virus, d'une part sans tenir compte de la présence d'ARN, d'autre part en la considérant…

Montrer que l'évolution observée pour la solubilité du nonivamide ne peut pas être justifiée par une simple approche qualitative des interactions intermoléculaires entre le solvant et le soluté.

Calculer l'enthalpie et l'entropie standard de dissolution du nonivamide dans le méthanol.

À l'aide de ces résultats et de ceux déterminés à la question précédente, justifier l'évolution observée de la solubilité en fonction du solvant présentée dans le Tableau (2).

En s'appuyant sur le diagramme précédent, expliquer comment il est possible d'obtenir expérimentalement une solution de HBr azéotropique.

En s'inspirant de ce qui précède, déterminer l'expression de l'énergie de liaison de la molécule de O₂ à 298 K. Effectuer l'application numérique.

a) Le diazote présent en solution dans le sang obéit à l'équilibre de solubilité N_2,dissous = N_2,gaz caractérisé par la constante d'équilibre K⁰(T). À 37 ^, cette constante vaut 1 640. Expliquer…

On donne les valeurs à 298 K des potentiels chimiques standards µ⁰ ainsi que les masses volumiques des variétés allotropiques du carbone que sont le graphite et le diamant dans le tableau. La masse…

Le procédé Mond est un procédé de purification à 99,9 % du métal qui utilise la facilité unique du nickel à former du tétracarbonyle Ni(CO)₄. Le nickel, obtenu par réduction du minerai, est un…

On considère la réaction chimique de constante d'équilibre K₁ : Cr₂O₇²⁻ + H₂O = 2CrO₄²⁻ + 2H⁺ On rappelle que sur la frontière qui sépare deux espèces dissoutes, il y a autant d'élément chrome dans…

Justifier, à l'aide des données thermodynamiques fournies en fin d'énoncé, que pour une même production d'énergie, la combustion du méthane libère moins de CO₂ que celle du fuel.

Quel volume d'eau liquide obtiendrait-on après combustion complète de 5,0 L de méthanol ?

Quelle quantité d'énergie peut-on obtenir lors de la combustion complète de 5,0 L de méthanol, l'eau formée étant sous forme liquide ?

Que vaut la variance de l'équilibre (1) ?

Exprimer K₁ en fonction de r, P et p°. Commenter la réponse à la question Q36.

Quel est l'effet d'une augmentation de la pression totale à température constante sur le rendement de la synthèse ? Commenter le choix de la valeur 300 bars pour la pression totale de la synthèse…

En quoi aurait-il été préférable de se placer à 25^ ? Quelle peut être la raison du choix de 450^ ? Quel est le rôle d'un catalyseur ?

On note x_sucre = 1 - x_eau la fraction molaire des sucres dans la phase liquide. En supposant la température T'_fus peu éloignée de T_fus, ainsi que x_sucre ≪ 1, démontrer que : T_fus - T'_fus = K…

En déduire la valeur numérique de x_sucre, puis celle de M_sucre.

Le sirop d'érable est composé d'un mélange de saccharose, glucose et fructose obtenu à partir de saccharose pur. Calculer la proportion molaire en saccharose du sirop d'érable, puis la proportion…

Combien de paramètres faut-il fixer pour déterminer totalement la composition du système à l'équilibre ? Justifier.

Prévoir le signe de l'entropie standard de réaction, puis calculer sa valeur.

Sachant que la pression partielle du CO₂ dans l'air vaut 3,0· 10⁻⁴ bar, est-il possible de conserver de l'oxyde de baryum à l'air libre à 298 K?

On enferme maintenant une mole de BaCO_3(s) dans un récipient initialement vide de volume variable V. La température demeure constante et égale à 298 K. Quel est l'effet d'une augmentation de volume…

Justifier l'intérêt d'avoir ajouté dans la bombe un peu d'eau liquide.

Exprimer l'enthalpie massique de combustion d'un acide gras n:Δ, c'est-à-dire possédant n carbones et Δ insaturations sur la chaîne carbonée (i.e., hors fonction acide carboxylique). Justifier…

Exprimez la différentielle de l'enthalpie libre du système en fonction de σ, A, µ_l, µ_v, n_l et/ou leurs différentielles.

On suppose que la phase liquide consiste à tout instant en une gouttelette d'eau sphérique de rayon r et de masse volumique constante ρ₀ = 1000 kg⁻³. Exprimez la différentielle de l'enthalpie libre…

On modélise la phase gazeuse comme un mélange de gaz parfaits. À l'aide de l'expression du potentiel chimique donnée en annexe, que l'on appliquera à la vapeur d'eau, exprimez le rayon critique…

En admettant qu'en fin de pyrolyse, les gaz libérés soient pour l'essentiel du dihydrogène H₂ et du monoxyde de carbone CO, retrouver, à partir des données tabulées, la valeur de l'enthalpie…

Calculer la variance de chacun de ces trois équilibres. Quel serait l'effet d'une diminution de la pression en dioxygène à température constante ?

Retrouver la valeur de la constante d'équilibre calculée à la question 27.

Quel(s) composé(s) du plomb peu(ven)t être présent(s) dans un nuage de fumée à température 500 ^ ?

Vérifier dans un premier temps que la molécule d'eau ne se décompose pas en H₂ et O₂ à haute température.

On réalise dans l'air la combustion d'un volume V = 1,00 m³ de méthane gazeux CH₄(g), assimilable à un gaz parfait, pris à T = 298 K sous une pression constante de P₀ = 1,00 bar. Déterminer le…

Prévoir, justification à l'appui, dans quel sens l'équilibre est déplacé lors d'une augmentation de pression à température et composition constantes.

La synthèse industrielle du styrène par déshydrogénation de l'éthylbenzène s'opère généralement dans un réacteur de volume constant où l'on mélange de la vapeur d'eau à l'éthylbenzène (dans un…

On assimile le carburant à de l'octane C₈H₁₈, de masse molaire M_carb. La réaction de combustion complète de l'octane avec le dioxygène de l'air (appelé comburant) est donnée ci-dessous : C₈H_18 (g)…

Considérons (G) à la traversée du bloc moteur. Sa température est T_ad à l'admission et T_ec à l'échappement. En appliquant, d'une part, le premier principe à (G) et en supposant, d'autre part, que…

Le carburant utilisé est inchangé (il s'agit toujours d'octane). Calculer son pouvoir comburivore en N₂O, noté (pco)_N_2O défini comme le rapport des masses de N₂O et de carburant nécessaires à…

Dans les conditions atmosphériques ordinaires, la synthèse directe du glucose est-elle spontanée ou provoquée ? Justifier la nécessité de la préservation des forêts équatoriales.

Dans la cuve d'un chauffe-eau, comment évolue le dépôt de calcaire lorsque la température augmente ? Justifier.

Toutes choses égales par ailleurs, l'augmentation de la pression totale favorise-t-elle la production de trioxyde de soufre SO_3(g) ?

En tant qu'ingénieur(e) des procédés physico-chimiques, quel(s) choix industriel(s) seriez-vous amené(e) à faire afin d'optimiser la production de SO_3(g) ? Expliciter les compromis cinétiques…

En combinant les réactions (1) et (2) proposer une équation bilan (3) pour la réaction des ions bicarbonate CO₃²⁻ avec le sulfure de zinc ZnS_(s). Calculer la constante d'équilibre de cette réaction…

Calculer la pression partielle en ozone dans l’atmosphère terrestre au niveau du sol.

Dans quel sens est déplacé cet équilibre lorsqu’on s’élève dans la troposphère ? Que peut-on en dire dans la stratosphère ? Un raisonnement qualitatif argumenté est attendu.