Les cours de Paul Arnaud - Exercices résolus de chimie physique

Paul Arnaud, Françoise Rouquérol, Gilberte Chambaud, Roland Lissillour

Chapter 10 CARACTÉRISATION THERMODYNAMIQUE DES ESPÈCES PURES, DES MÉLANGES ET DES SOLUTIONS - all with Video Answers

Educators

Chapter Questions

01:56

Problem 1

a) Les grandeurs suivantes sont-elles toutes des fonctions d'état?

Énergie interne $U$
Chaleur échangée $Q$
Travail échangé $W$

Enthalpie $H$
Enthalpie libre $G$
Entropie $S$
b) Parmi les grandeurs suivantes, lesquelles sont extensives et lesquelles sont intensives?
$$
\begin{array}{lll}
\text { Pression } & \text { Volume } & \text { Masse volumique } \\
\text { Température } & \text { Entropie } & \text { Enthalpie } \\
\text { Capacité calorifique molaire } & \text { Masse } & \text { Concentration }
\end{array}
$$

Hunza Gilgit

Numerade Educator

01:34

Problem 2

Quand dit-on qu'une substance est en équilibre? Quelles sont les grandeurs qui permettent de caractériser cet état?
Quelles sont les fonctions d'état qui permettent de caractériser thermodynamiquement cette substance?
Peut-on calculer la valeur absolue de ces fonctions d'état?
Donner des exemples.

Shanie Holman

Numerade Educator

02:17

Problem 3

Les tables de données fournissent les valeurs de l'enthalpie molaire de référence et de l'entropie molaire de référence de différentes substances à $25^{\circ} \mathrm{C}$. Comment calculer l'énergie interne d'une substance à partir de son enthalpie?

Kevin Chimex

Numerade Educator

01:16

Problem 4

On peut lire, dans l'Annexe I, que l'entropie molaire de référence $S_{\mathrm{m}}^{\mathrm{o}}$ du méthanol $\mathrm{CH}_3 \mathrm{OH}$ à l'état liquide, vaut $126,8 \mathrm{~J} \cdot \mathrm{K}^{-1} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$ (à $298 \mathrm{~K}$ ).
a) Quelle est l'origine de cette valeur ?
b) Quelle serait l'entropie du méthanol à $370 \mathrm{~K}$ ?
c) Y a-t-il d'autres constantes thermodynamiques figurant dans l'Annexe I qu'on puisse également calculer a priori ?

Nicole Mabante

Numerade Educator

03:35

Problem 5

Les tables de données fournissent les valeurs de référence de l'enthalpie et de l'entropie de différentes substances à $25^{\circ} \mathrm{C}$.
Calculer la valeur de l'enthalpie et de l'entropie du dioxygène à $110^{\circ} \mathrm{C}$ sous 10 bar.

Rubeena Zulfiqar

Numerade Educator

02:31

Problem 6

Un alliage contient du cuivre, de l'étain et du zinc, dans des proportions telles que les quantités d'atomes de chaque constituant sont respectivement dans le même rapport que les nombres 10,3 et 1 . Quelle est la masse de cet alliage qui contient une quantité totale d'atomes égal à 1 mole ?

Eugene Schneider

University of Minnesota - Twin Cities

01:58

Problem 7

Si une masse $m$ d'un composé de formule $\mathrm{A}_{\mathrm{p}} \mathrm{B}_{\mathrm{q}}$ contient $\mathrm{x} \mathrm{g}$ de l'élément $\mathrm{A}$, quelle masse y de l'élément B contient-il ?

Lottie Adams

Numerade Educator

02:36

Problem 8

Un chimiste est parvenu à extraire d'une plante tropicale un composé dont l'analyse a fourni les pourcentages massiques: $\mathrm{C} 69,3 \%, \mathrm{H} \mathrm{10,3 \%}$, O $14,2 \%$, et dont la masse molaire a été trouvée égale à $225 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$. La première étape de son identification est l'établissement de sa formule moléculaire brute. Quelle est-elle?

Nadia Lara

Numerade Educator

02:41

Problem 9

Quelle formule moléculaire peut-on attribuer à un composé dont les pourcentages massiques sont : $\mathrm{C} 47,3 \%, \mathrm{H} 2,54 \%, \mathrm{Cl} 50,0 \%$, et dont la masse molaire est trouvée expérimentalement égale à $355 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$ ?

Ronald Prasad

Numerade Educator

01:48

Problem 10

Supposons qu'on ne connaisse pas la masse molaire atomique du vanadium $\mathrm{V}$. Pour la déterminer, on procède à l'analyse d'un oxyde de vanadium auquel on a pu attribuer par ailleurs la formule $\mathrm{V}_2 \mathrm{O}_5$. On trouve les pourcentages massiques suivants : V 56,01\%, O 43,99\%. Quelle masse molaire atomique peuton attribuer au vanadium, celle de l'oxygène étant supposée connue?

Adriano Chikande

Numerade Educator

03:41

Problem 11

Dans la molécule $\mathrm{SOCl}_2$, le soufre constitue $26,89 \%$ de la masse, l'oxygène $13,45 \%$ et le chlore $59,66 \%$. Si la masse molaire atomique de l'oxygène était la seule connue, quelles valeurs pourrait-on attribuer à celles du soufre et du chlore?

Nicole Mabante

Numerade Educator

02:54

Problem 12

Fraction massique des constituants d'un mélange
Le chlorométhane $\mathrm{CH}_3 \mathrm{Cl}$ et le dichlorométhane $\mathrm{CH}_2 \mathrm{Cl}_2$ sont deux liquides. Le dosage du chlore dans un mélange de ces deux composés a montré qu'il en contient $80,2 \%$. Cette information permet-elle de connaître la fraction massique de chaque constituant dans le mélange?

David Collins

Numerade Educator

05:28

Problem 13

Remplacez les lettres (a), (b), (c) et (d) soit par «concentration», soit par «quantité dissoute»:
> Vous mettez un morceau de sucre dans une tasse de café, et un morceau de sucre dans une cafetière pleine de café. Dans la tasse et dans la cafetière, la
(a) de sucre est la même, mais la
(b) de sucre est différente.
Vous mettez cinq morceaux de sucre dans une cafetière pleine, puis vous remplissez une tasse. Dans la tasse et dans la cafetière, la ....... (c) est la même, mais la
(d) de sucre est différente.

Remplacez ci-après les lettres (e) et (f) par «somme» ou par « moyenne» : Si on mélange des volumes égaux de deux solutions de concentrations différentes, la concentration du mélange est la ....... (e) de celles des deux solutions et la quantité de soluté dans le mélange est la (f) des quantités contenues dans chaque solution.

Jon French

Numerade Educator

01:37

Problem 14

On dispose de $200 \mathrm{~mL}$ d'une solution de chlorure de potassium $(\mathrm{KCl})$ de concentration $0,4 \mathrm{M}$. Quelle est la concentration molaire en $\mathrm{KCl}$ des solutions obtenues en y ajoutant :
a) $500 \mathrm{~mL}$ d'eau
b) $250 \mathrm{~mL}$ de la même solution
c) $200 \mathrm{~mL}$ d'une solution de bromure de sodium $\mathrm{NaBr} 0,1 \mathrm{M}$
d) $100 \mathrm{~mL}$ d'une solution de $\mathrm{KCl} 0,1 \mathrm{M}$
e) $1,49 \mathrm{~g}$ de $\mathrm{KCl}$ solide (dont le volume est supposé négligeable par rapport à celui de la solution).

Lottie Adams

Numerade Educator

01:23

Problem 15

Quel volume d'eau faut-il ajouter à $125 \mathrm{~mL}$ d'une solution de chlorure de zinc pour que sa concentration soit divisée par huit?

Kayleah Tsai

Numerade Educator

04:09

Problem 16

Laquelle des quatre solutions de soude suivantes en contient-elle la plus grande quantité?
A) $1000 \mathrm{~mL}$ à $2 \mathrm{~mol} \mathrm{~L}^{-1}$
C) $500 \mathrm{~mL}$ à $4 \mathrm{~mol} . \mathrm{L}^{-1}$
B) $800 \mathrm{~mL}$ à $3 \mathrm{~mol} . \mathrm{L}^{-1}$
D) $200 \mathrm{~mL}$ à $5 \mathrm{~mol} . \mathrm{L}^{-1}$

Vivek Singh

Numerade Educator

02:42

Problem 17

On mélange $200 \mathrm{~mL}$ d'une solution de chlorure de sodium $\mathrm{NaCl}$ ( $\mathrm{c}=146,25$ g. $\mathrm{L}^{-1}$ ) et $300 \mathrm{~mL}$ de solution de chlorure de potassium $\mathrm{KCl}\left(\mathrm{c}=37,25 \mathrm{~g} . \mathrm{L}^{-1}\right)$. Quelles sont les concentrations molaires $\mathrm{c}\left(\mathrm{Na}^{+}\right), \mathrm{c}\left(\mathrm{K}^{+}\right), \mathrm{c}\left(\mathrm{Cl}^{-}\right)$dans le mélange? (Dans leurs solutions, $\mathrm{NaCl}$ et $\mathrm{KCl}$ sont entièrement dissociés en ions $\left.\mathrm{Na}^{+}, \mathrm{K}^{+}, \mathrm{C}^{-}\right)$.

Eileen Sullivan

Numerade Educator

06:40

Problem 18

On a besoin de préparer 15,0 litres d'une solution de $\mathrm{HCl} 0,5 \mathrm{M}$. On dispose pour cela d'un acide chlorhydrique commercial, qui est une solution à $36,6 \%$ de $\mathrm{HCl}$ (en $\mathrm{g}$ pour $100 \mathrm{~g}$ de solution), et dont la masse volumique est $1,18 \mathrm{~kg} \cdot \mathrm{L}^{-1}$. Quel volume de solution commerciale faut-il prendre, et quel volume d'eau faut-il y ajouter?

Qiao Ruan

Numerade Educator

01:11

Problem 19

On veut préparer 1,3 litre d'une solution d'acide sulfurique à $37 \%$ (en g pour $100 \mathrm{~g}$ de solution), de masse volumique $1,28 \mathrm{~kg} . \mathrm{L}^{-1}$ pour remplir un accumulateur. Quel volume d'une solution commerciale à $98 \%$, de masse volumique $1,84 \mathrm{~kg} . \mathrm{L}^{-1}$, faut-il prélever et diluer à 1,3 litre ?

Nikhil Choudhary

Numerade Educator

01:26

Problem 20

Pour préparer les médicaments homéopathiques on procède, à partir d'une solution d'une substance active, à une série de dilutions «au $1 / 100^{\mathrm{e}}$ » : on prélève une partie de cette solution, qu'on dilue 100 fois (par exemple, $10 \mathrm{~mL}$ sont portés à $1 \mathrm{~L}$ ), puis on recommence avec la nouvelle solution obtenue et avec les suivantes. Si l'on a effectué ainsi 5 dilutions à $1 / 100$, on dit qu'on a dilué à « $5 \mathrm{CH}$ », mais on va parfois jusqu'à $30 \mathrm{CH}$.
On a pu lire dans un article de presse : «à partir de $9 \mathrm{CH}$, il n'y a plus rien, il n'y a plus une seule molécule active dans une granule ou une goutte de produit...». Que pensez-vous de cette affirmation?

Crystal Wang

Numerade Educator

03:40

Problem 21

La pression partielle d'un gaz dans un mélange de gaz est déterminée par :
A. Le rapport entre la masse de ce gaz et la masse totale du mélange.
B. Le rapport entre la quantité de ce gaz et la quantité totale de tous les gaz dans le mélange.
C. Le rapport entre le nombre de molécules de ce gaz et le nombre total de molécules dans le mélange.
D. La masse molaire de ce gaz.

Y a-t-il une, ou plusieurs, propositions exactes?

Tracy Tourville

Numerade Educator

02:44

Problem 22

Dans une enceinte dont le volume est égal à 10 litres, et où l'on a préalablement fait le vide, on a introduit : $3,0 \mathrm{~g}$ de diazote $\mathrm{N}_2, 2,2 \mathrm{~g}$ d'hélium He et 1,9 $\mathrm{g}$ de dihydrogène $\mathrm{H}_2$.
>Quelle est la pression totale dans l'enceinte à $30^{\circ} \mathrm{C}$ ?
>Quelle est la pression partielle de chaque gaz ?

Joanna Josey

Numerade Educator

02:09

Problem 23

Dans un cylindre, fermé par un piston mobile sur lequel agit extérieurement la pression atmosphérique, on introduit à la température de $25^{\circ} \mathrm{C} 0,15 \mathrm{~mol}$ de dihydrogène et $0,35 \mathrm{~mol}$ de diazote, puis on bloque le piston dans la position qu'il occupe alors.
a) Si on introduit ensuite encore $0,15 \mathrm{~mol}$ de dihydrogène, cette opération fait elle varier, et si oui dans quel sens,
> la pression totale dans le cylindre,
> la pression partielle du diazote,
> la pression partielle du dihydrogène.
b) Les réponses seraient-elles modifiées, et comment, si l'on ne bloquait pas le piston?

Ajay Singhal

Numerade Educator

03:56

Problem 24

Dans le même dispositif expérimental que pour l'exercice précédent, et à partir de la même situation initiale, on introduit dans le cylindre $0,15 \mathrm{~mol}$ d'argon.
Que peut-on dire des variations éventuelles de la pression totale et des pressions partielles du diazote et du dihydrogène :
si le piston est bloqué,
$>$ si le piston est libre,

Ronald Prasad

Numerade Educator

02:59

Problem 25

Reprenons encore une fois la situation de départ des deux exercices précédents : un mélange de diazote et de dihydrogène dans un cylindre fermé par un piston.
Si l'on élève la température dans le cylindre, comment varient la pression totale et les pressions partielles :
> si le piston est bloqué dans sa position initiale?
> si le piston reste libre de se déplacer?

Rajesh Singh

Numerade Educator

02:52

Problem 26

1) Quelle est la pression partielle du dioxygène qui parvient aux poumons lorsqu'on respire de l'air à $20^{\circ} \mathrm{C}$, sous une pression barométrique de $970 \mathrm{hPa}$ (hectopascals)?
2) Des troubles physiologiques peuvent survenir si cette pression partielle devient trop faible (par exemple en haute altitude), ou trop forte (par exemple en plongée sous-marine). Dans ce dernier cas, on considère qu'elle ne doit pas dépasser 2,3 bars.
a) Jusqu'à quelle profondeur un plongeur respirant l'air fourni par une bouteille d'air comprimé peut-il descendre sans risque?
b) Cette profondeur dépend-elle de la pression de l'air dans ses bouteilles?
c) Comment pourrait-on lui permettre de descendre davantage ?
d'après les Olympiades de la chimie, 1992

Lottie Adams

Numerade Educator

04:33

Problem 27

Lorsqu'on chauffe le trioxyde de soufre $\mathrm{SO}_3$, il se dissocie progressivement en dioxyde de soufre $\mathrm{SO}_2$ et dioxygène ; l'équation stoechiométrique de cette réaction s'écrit :
$$
\mathrm{SO}_3(\mathrm{~g})=\mathrm{SO}_2(\mathrm{~g})+1 / 2 \mathrm{O}_2(\mathrm{~g})
$$

On place, à la température ordinaire, $7,14 \mathrm{~g}$ de $\mathrm{SO}_3$ dans une enceinte fermée dont le volume est 2 litres, et on porte la température à une valeur telle que $28 \%$ du SO 3 initial est dissocié.
Quelle est la masse volumique du mélange gazeux présent dans l'enceinte à cette température?

Susan Hallstrom

Numerade Educator

05:50

Problem 28

a) Donner la définition du potentiel chimique. Cette définition s'applique-telle au cas des corps purs, au cas des constituants d'un mélange ou d'une solution?
b) Donner l'expression du potentiel chimique en fonction de la pression ; dans quels cas cette expression s'applique-t-elle?
c) Comment définir la fugacité d'un gaz ? Dans quel cas faut-il utiliser cette notion?

Adriano Chikande

Numerade Educator