Équilibre Chimique

Question 1

Quel est le cadre de l’étude de l’équilibre chimique ?

Answer 1

• système fermé
• siège d’une réaction chimique (composition variable)
• évolution monobare et monotherme
• équilibre thermique (T = Te) et mécanique (P = Pe)
• seules les forces de pression fournissent un travail

Question 2

Montrer le signe de Δ_rG.dξ

Answer 2

Attention à être rigoureux :

• écrire d’abord P_ext puis P, en disant qu’on est à l’équilibre thermique
• écrire d’abord le deuxième principe sous sa forme de base, puis avec δQ/T_e, en disant que la réaction est monotherme
• écrire d’abord T_e puis T, en disant qu’on est à l’équilibre mécanique

Étapes :

1. Exprimer dG classiquement
2. Exprimer G “complet” et en déduire dG “complet”
3. Utiliser le premier principe, exprimer δW
4. Utiliser le deuxième principe pour exprimer δQ
5. En déduire alors une deuxième expression de dG
6. Égaliser les deux expressions de dG

Question 3

Comment déterminer un sens d’évolution (direct/indirect) d’une réaction ?
Justif
À quoi faut-il faire attention ?

Answer 3

On ne répond donc jamais un sens d’évolution sans avoir donné le signe de Δ_rG.

Donc :

• Δ_rG < 0 ⇒ dξ < 0 : indirect
• Δ_rG > 0 ⇒ dξ > 0 : direct

Question 4

Quelle est la condition d’équilibre de manière générale ?

Answer 4

Question 5

Dans le cas particulier d’une réaction de transfert d’une phase à une autre, comment déterminer le sens d’évolution du système et quelle est la condition d’équilibre ?

Answer 5

On compare les potentiels chimiques

D’après la loi de Hess

C’est une sorte de phénomène de modération : on cherche à avoir les même potentiels chimique (pour un constituant donné) dans toutes les phases, le système évolue donc dans le sens qui homogénéise, jusqu’à atteindre l’équilibre

Question 6

Qu’est-ce que le principe d’un osmoseur ?
Justif

Answer 6

Diluer la solution la plus concentrée

Question 7

Définir la pression osmotique

Answer 7

On appelle pression osmotique π la surpression à appliquer pour être à l’équilibre

Question 8

Comment déterminer la pression osmotique ?

Answer 8

Analogue à la relation des gazs parfaits

Attention à bien mettre le s

1. On cherche à être à l’équilibre, c’est-à-dire μ_H2O^(A) = μ_H2O^(B)
2. Remplacer les μ_H2O par leurs expressions et en déduire π.Vm* + R.T.ln(1-x_solutés) = 0
3. Faire un DL du ln en justifiant
4. Remplacer x_solutés par son expression et faire passer le Vm* de l’autre côté

Question 9

Quel est l’ordre de grandeur des pressions osmotiques ?

Answer 9

Plusieurs dizaines de bar

Question 10

Comment trouver le niveau dont l’eau monte si on n’applique pas la pression osmotique

Answer 10

Pression osmotique (en bar) × 10m

Question 11

Faire l’application numérique de la pression osmotique.

À quoi faut-il faire attention ?

Answer 11

Question 12

Pourquoi et comment définit-on la constante d’équilibre ?
Justif

Answer 12

Elle permet d’accéder au sens d’évolution de la réaction en étudiant seulement les activités, ce qui est plus simple

Question 13

Quelle est la définition de la constante d’équilibre ?

Answer 13

Question 14

Qu’est-ce que la relation de Guldberg et Waage ?

Answer 14

Question 15

De quoi dépend la constante d’équilibre ?

Answer 15

K° ne dépend que de T

Question 16

Comment déterminer l’évolution de K° avec T ?

Answer 16

Question 17

Comment trouver l’expression de K° à une température T, si l’énoncé donne les Δ_fHi° et Smi° ?

Answer 17

Question 18

Quels sont les paramètres qui caractérisent un système ?

Answer 18

La description d’un système provient de la description des valeurs des paramètres intensifs qui le caractérisent :

• T
• P
• valeurs intensives de composition

Question 19

En quoi la variance est-elle nécessaire ?

Answer 19

Ces paramètres intensifs ne sont pas tous indépendants : il existe des relations entre eux. (Par exemple à une pression fixée, l’équilibre impose la température d’ébullition, ou alors le point triple, l’équilibre impose la température et la pression)

Question 20

Définir la variance

Answer 20

La variance est le nombre de paramètres intensifs que l’on peut fixer indépendamment pour déterminer un état d’équilibre du système

Question 21

Comment calculer la variance ?

Answer 21

Question 22

Qu’appelle-t-on les degrés de liberté d’un système ?

Answer 22

Question 23

Calculer la variance de la réaction d’ébullition de l’eau

Answer 23

Question 24

Calculer la variance du point triple de l’eau

Answer 24

Question 25

Déterminer la variance

Answer 25

On peut donc fixer P ou T et l’équilibre impose l’autre

Question 26

Quels sont les cas particuliers à savoir reconnaître lors d’un calcul de variance ?

Answer 26

- on forme autant de gaz qu’on en consomme - plus généralement : il existe une relation entre les proportions initiales (qui forcément se traduit aussi en une relation à l’équilibre), en fonction des phases - notamment : il n’y a pas de produit à l’état initial, en fonction des phases

Question 27

Qu’est-ce que le cas particulier de calcul de la variance où on forme autant de gaz que ce que l’on consomme

Answer 27

Question 28

Qu’est-ce que le cas particulier de calcul de la variance où on a une situation spéciale à l’état initial ? Donner deux exemples

Answer 28

Question 29

Qu’est-ce que la loi de modération ?

Answer 29

Si une perturbation extérieure, appliquée à un système physico-chimique à l’équilibre, entraine une évolution vers un nouvel état d’équilibre, alors l’évolution s’oppose à la perturbation et en modère les effets

Question 30

Comment déterminer l’influence de T sur l’équilibre ?

Answer 30

Question 31

Comment vérifier qu’on a trouvé le bon résultat lors de l’étude de l’influence de T sur l’équilibre ?

Answer 31

On utilise la loi de modération : - si on chauffe, on augmente l’énergie thermique, il faut vérifier qu’on réagit dans la bonne direction (celle qui consomme de l’énergie : endothermique) - si on refroidit, inversement

Question 32

Comment déterminer l’influence d’un paramètre autre que T sur l’équilibre ?

Answer 32

Question 33

Comment déterminer l’influence de P sur l’équilibre ?

Answer 33

Question 34

Comment vérifier qu’on a trouvé le bon résultat lors de l’étude de l’influence de P sur l’équilibre ?

Answer 34

Si P augmente, on se déplace dans le sens de diminution des quantités de matière de gaz Si P diminue, c’est l’inverse