TD 1 : Description d'un système fermé en transformation chimique
Exercice 1 : Synthèse industrielle de l'ammoniac
On considère la réaction de préparation industrielle de l'ammoniac dont l'équation est :
La constante d'équilibre de la réaction vérifie la relation :
La pression est supposée constante et égale à P° = 1 bar dans tout l'exercice.
Dans un réacteur indéformable, à 400 K, on introduit : 1,0 mol de N2, 3,0 mol de H2 et 5,0 mol de NH3.
1) Valeur de la constante à T = 400 K
2) Sens d'évolution spontanée du système
Dans un réacteur indéformable, à 400 K, on introduit : 1,0 mol de N2, 3,0 mol de H2.
3) Composition du système à l'état final
Exercice 2 : Composition d'une solution d'acide méthanoïque
On considère une solution aqueuse d'acide méthanoïque de concentration C = 1,0 × 10-1 mol·L-1. Cette solution est siège de la réaction d'équation :
Déterminer la composition du système à l'équilibre
Exercice 3 : Équilibre de dissociation du chlorure de sulfuryle
Le chlorure de sulfuryle est une molécule qui permet de chlorer des composés organiques.
On considère la réaction de dissociation du chlorure de sulfuryle dont l'équation est :
La constante vaut K° = 2,0 à T = 102°C.
Dans une enceinte initialement vide, à 102°C, sous une pression constante p = 1,00 bar, on introduit 1,0 mol de chlorure de sulfuryle SO2Cl2(g).
Déterminer la composition du système à l'équilibre
Exercice 4 : Transformation de l'ADP en milieu biologique
L'adénosine diphosphate ADP3- peut se transformer en milieu biologique aqueux (pH = 7,0 et T = 310 K) en adénosine monophosphate AMP2- et adénosine triphosphate ATP4- selon la réaction d'équation :
On étudie l'évolution d'un système contenant initialement 1,0 mol d'ADP3- en présence d'une enzyme. A l'équilibre, il subsiste 0,10 mol d'adénosine diphosphate.
1) Déterminer la constante K° de cette réaction
2) Comment évoluerait l'équilibre si l'ATP4- était consommé au fur et à mesure de sa formation par un
autre processus ? Expliquer.
Soit le système tel qu'initialement : [ADP3-]0 = [ATP4-]0 = [AMP2-]0 = 4,0 × 10-3 mol·L-1.
3) Déterminer le sens d’évolution
du système ainsi que sa composition à l’équilibre. En déduire le taux.
d’avancement final de la transformation
4) Quel serait l'influence sur le rendement de ATP4- en l'absence d'enzyme
Exercice 5 : Réaction de Deacon
La production de dichlore est actuellement assurée essentiellement par électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium. Cependant, dans le souci de valorisation du chlorure d'hydrogène obtenu comme sous-produit dans des synthèses organiques, on utilise également la réaction de Deacon dont l'équation est :
Les réactifs sont pris en quantités stœchiométriques (1,0 mole de O2) à une température T supposée constante dans tout l'exercice et sous la pression Ptot = 1,0 bar constante. A l'équilibre, 75% du HCl a disparu.
1)
Les
gaz étant supposés parfaits, déterminer les pressions partielles de chacun des
constituants à l’équilibre.
2)
Déterminer
la constante d’équilibre thermodynamique de la réaction de Deacon.
3) On suppose l’équilibre réalisé à la température T à partir des conditions initiales précédentes. On augmente alors la pression de travail. Déterminer le sens dans lequel l’équilibre est déplacé en justifiant. Discuter quant au choix de l’industriel.