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Les cours de Paul Arnaud - Exercices résolus de chimie physique

Paul Arnaud, Françoise Rouquérol, Gilberte Chambaud, Roland Lissillour

Chapter 11

CHANGEMENTS D'ÉTAT PHYSIQUE DE LA MATIÈRE - DIAGRAMME DE PHASES - all with Video Answers

Educators

Chapter Questions

10:15

Problem 1

Les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses?
A) Les forces de dispersion (force de London) existent entre toutes les molécules, sans exception.
B) Tous les composés comportant de l'hydrogène donnent lieu à l'existence de liaisons-hydrogène.
C) Seuls les composés ioniques donnent lieu à des interactions dipôle-dipôle.
D) La pression de vapeur au-dessus d'un liquide dépend :
a) De la température de vaporisation du liquide sous $1 \mathrm{~atm}$.
b) De la surface libre du liquide.
c) De la température du liquide.
d) Du volume libre au-dessus du liquide.
e) De l'enthalpie de vaporisation du liquide.
E) Le rapport des pressions de vapeur à deux températures différentes est le même pour tous les liquides.
F) La température la plus haute qu'un liquide peut atteindre dépend de la pression qui s'exerce sur lui.
G) De l'air saturé d'humidité à $30^{\circ} \mathrm{C}$ contient plus de vapeur d'eau par mètrecube que de l'air saturé à $20^{\circ} \mathrm{C}$.

David Collins
David Collins
Numerade Educator
07:32

Problem 2

Quelle explication peut-on donner aux différences de températures de changement d'état dans chacune des séries a), b), c) etc. :

Températures de fusion :
a) $\mathrm{LiF}, 870{ }^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{LiCl}, 613{ }^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{LiBr}, 547^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{LiI}, 446^{\circ} \mathrm{C}$
b) $\mathrm{NaF}, 980^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{MgO}, 2800^{\circ} \mathrm{C}$.

Températures de vaporisation :
c) $\mathrm{CH}_3 \mathrm{~F},-78,6{ }^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{CH}_3 \mathrm{Cl},-24^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{CH}_3 \mathrm{Br}, 3,6^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{CH}_3 \mathrm{I}, 4{ }^{\circ} \mathrm{C}$
d) $\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_3,-42{ }^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}=0,21^{\circ} \mathrm{C}$
e) $\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{OH}, 78{ }^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{CH}_3-\mathrm{O}-\mathrm{CH}_3,-2,4^{\circ} \mathrm{C}$
f) $\mathrm{I}_2, 184^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{Br}_2, 59^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{Cl}_2,-35^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{F}_2,-188^{\circ} \mathrm{C}$
g) $\mathrm{C}_6 \mathrm{H}_5-\mathrm{OH}, 182{ }^{\circ} \mathrm{C}-\mathrm{C}_6 \mathrm{H}_5-\mathrm{F}, 85^{\circ} \mathrm{C}$

Kevin Zaborsky
Kevin Zaborsky
Numerade Educator
07:32

Problem 3

Dans chacune des séries suivantes, attribuez à chacun des composés l'une des températures de vaporisation indiquées en ${ }^{\circ} \mathrm{C}$ :
a) $\mathrm{HBr}, \mathrm{HCl}, \mathrm{HI}, \mathrm{HF} \quad-\quad 19^{\circ} \mathrm{C},-67^{\circ} \mathrm{C},-84^{\circ} \mathrm{C},-35^{\circ} \mathrm{C}$
b) $\mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{OH}, \mathrm{H}_2 \mathrm{C}=\mathrm{O}, \mathrm{CH}_3-\mathrm{OH}--21^{\circ} \mathrm{C}, 78{ }^{\circ} \mathrm{C}, 65^{\circ} \mathrm{C}$
c) $\mathrm{HO}-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{OH}, \mathrm{CH}_3-\mathrm{CH}_2-\mathrm{CH}_2-\mathrm{OH}-197^{\circ} \mathrm{C}, 97^{\circ} \mathrm{C}$
d) $\mathrm{CH}_3-\mathrm{OH}, \mathrm{CH}_3-\mathrm{SH}-7^{\circ} \mathrm{C}, 65^{\circ} \mathrm{C}$
e) $\mathrm{Xe}, \mathrm{Ne}, \mathrm{Ar}, \mathrm{Kr} \quad-\quad-153^{\circ} \mathrm{C},-246{ }^{\circ} \mathrm{C},-107^{\circ} \mathrm{C},-186^{\circ} \mathrm{C}$

Kevin Zaborsky
Kevin Zaborsky
Numerade Educator
01:44

Problem 4

Le méthane $\mathrm{CH}_4$, ne peut pas être liquéfié à la température ordinaire, quelle que soit la pression qu'on exerce sur lui. Par contre l'ammoniac $\mathrm{NH}_3$ peut l'être facilement. Est-ce parce que le méthane est un gaz parfait et que l'ammoniac n'en est pas un ? Comment pourrait-on liquéfier le méthane?

Tianyu Li
Tianyu Li
Numerade Educator
09:45

Problem 5

Une certaine quantité d'un liquide se trouve, en équilibre avec sa vapeur à une température T, dans une enceinte dont on peut modifier le volume et la température.
1) Que se passe t-il si :
a) On augmente le volume.
b) On diminue le volume.
c) On abaisse la température.
d) On élève la température.
e) On introduit de la vapeur, à la même température.
f) On introduit du liquide, à la même température
g) On introduit du diazote, à la même température.
2) Pourrait-on prévoir les évolutions en utilisant le principe de Le Chatelier ?

Zachary Warner
Zachary Warner
Numerade Educator
04:42

Problem 6

Dans une pièce fermée de $40 \mathrm{~m}^3$ on place un récipient ouvert contenant 0,5 litre d'eau; la température y est $20^{\circ} \mathrm{C}$ et le taux d'humidité $65 \%(*)$.
Théoriquement, cette eau s'évaporera-t-elle totalement ou non? Si non, quel volume en restera-t-il dans le récipient?
Pratiquement, on sait bien que, dans ces conditions, de l'eau finira toujours par s'évaporer totalement, quelle que soit sa quantité. Pourquoi y a-t-il un désaccord entre le réel et le théorique?
(*) La pression partielle de la vapeur d'eau $=65 \%$ de la pression de vapeur saturante à cette température.

Surendra Kumar
Surendra Kumar
Numerade Educator
03:48

Problem 7

De l'air venant de l'océan arrive sur un continent; son taux d'humidité est $80 \%(*)$ et sa température $17^{\circ} \mathrm{C}$.
a) Il passe d'abord au-dessus d'une plaine sèche située au niveau de la mer, et se réchauffe à $23^{\circ} \mathrm{C}$. Son taux d'humidité en est-il modifié ?
b) Il s'élève ensuite sur le flanc d'une chaîne montagneuse dont le sommet est à $2100 \mathrm{~m}$, et se refroidit alors de $0,6^{\circ} \mathrm{C}$ par $100 \mathrm{~m}$ d'augmentation d'altitude.
Pleuvra-t-il sur cette zone montagneuse? Si oui, à partir de quelle altitude? Quel volume d'eau aura été produit par mètre-cube d'air à la fin de son ascension?
(*) Pression partielle de la vapeur d'eau égale à $80 \%$ de la pression de vapeur saturante à cette température.

Ernest Castorena
Ernest Castorena
Numerade Educator
01:30

Problem 8

Voici quelques éléments de la fiche d'identité du dichlore $\mathrm{Cl}_2$ :
Masse molaire $71 \mathrm{~g} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$; Enthalpie vaporisation $20,4 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$;
Température de fusion $-101^{\circ} \mathrm{C}$; Température critique $144{ }^{\circ} \mathrm{C}$;
Température de vaporisation normale $-34,5^{\circ} \mathrm{C}$; Pression critique 77 bar ;
Enthalpie de fusion $6,4 \mathrm{~kJ} \cdot \mathrm{mol}^{-1}$.
Parmi ces informations, lesquelles utiliserez-vous pour répondre à ces deux questions :
a) Dans quel état physique se trouve le dichlore dans une bouteille en acier de 10 litres qui en contient $1 \mathrm{~kg}$, à $20^{\circ} \mathrm{C}$ ?
b) Une autre bouteille identique a déjà été utilisée : on en a laissé sortir 100 litres de dichlore gazeux. Comment peut-on reconnaître quelle est la bouteille neuve?

David Collins
David Collins
Numerade Educator
05:05

Problem 9

On introduit $1 \mathrm{~g}$ d'eau dans un ballon de 2 litres où l'on avait préalablement fait le vide, fermé hermétiquement; la température ambiante est $22^{\circ} \mathrm{C}$.
On chauffe ensuite le ballon, provoquant ainsi la vaporisation progressive de l'eau et l'augmentation de la pression.
a) À quelle température l'eau sera-t-elle entièrement vaporisée ? Quelle sera alors la valeur de la pression?
b) Le ballon est ensuite chauffé jusqu'à $110^{\circ} \mathrm{C}$, puis on le laisse refroidir. À quelle température la vapeur commencera-t-elle à se condenser ?

Matthew Baker
Matthew Baker
Numerade Educator
14:16

Problem 10

La pression de vapeur saturante $p$ d'un liquide et la température $T$ sont liées par la relation de Clausius-Clapeyron :
$$
\ln \left[p / p^{\circ}\right]=\frac{\Delta_{\text {vap }} H_{\mathrm{m}}^{\mathrm{o}}}{R}\left(\frac{1}{T_{\text {vap }}}-\frac{1}{T}\right)
$$
où $\Delta_{\text {vap }} H_{\mathrm{m}}^{\mathrm{o}}$ est l'enthalpie molaire de vaporisation (supposée indépendante de la température) et $T$ la température.
Voici quelques questions pour vous entraîner à l'utiliser :
a) Que représente la pression $p^{\circ}$ ?
b) Quelle est la pression dans le circuit de refroidissement d'un moteur de voiture, lorsque la température de l'eau y atteint $105^{\circ} \mathrm{C}$ ?
c) Si la soupape d'une marmite sous pression est prévue pour s'ouvrir lorsque la surpression à l'intérieur atteint $0,5 \mathrm{bar}$, quelle température maximale l'eau qu'elle contient peut-elle atteindre?
d) L'ammoniac $\mathrm{NH}_3$, gazeux dans les conditions normales, est vendu liquéfié dans des bouteilles en acier. À $20^{\circ} \mathrm{C}$, quelle est la pression dans ces bouteilles?
(L'Annexe I contient les données nécessaires).

Susan Hallstrom
Susan Hallstrom
Numerade Educator
00:53

Problem 11

Tracer les graphes représentant la variation de la température d'un échantillon d'un corps pur au cours des trajets a,b et c,d parcourus dans le diagramme d'états ci-après. Indiquez sur les diverses parties de ces graphes quelles sont les phases (solide, liquide, gaz) présentes.

Shazia Naz
Shazia Naz
Numerade Educator
04:39

Problem 12

Une solution obtenue en dissolvant $10,0 \mathrm{~g}$ de glucose $\left(\mathrm{C}_6 \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_6\right)$ dans $500 \mathrm{~mL}$ d'eau commence à se solidifier à $-0,21^{\circ} \mathrm{C}$. Quelle serait la température de congélation commençante d'une autre solution, obtenue en dissolvant $10,0 \mathrm{~g}$ de saccharose $\left(\mathrm{C}_{12} \mathrm{H}_{22} \mathrm{O}_{11}\right)$ dans $500 \mathrm{~mL}$ d'eau également?

Dominique Jan Tan
Dominique Jan Tan
Numerade Educator
07:58

Problem 13

Le benzène pur se solidifie à $5,51^{\circ} \mathrm{C}$, mais une solution de $18,0 \mathrm{~g}$ de naphtalène $\left(\mathrm{C}_{10} \mathrm{H}_8\right)$ dans un litre de benzène se congèle à $4,70{ }^{\circ} \mathrm{C}$. Si on dissout $13,0 \mathrm{~g}$ d'anthracène $\left(\mathrm{C}_{14} \mathrm{H}_{10}\right)$ dans 0,7 litre de benzène, à quelle température la solution obtenue commencera-t-elle à se congeler ?

Dominique Jan Tan
Dominique Jan Tan
Numerade Educator
02:30

Problem 14

On dissout $12,7 \mathrm{~g}$ de chlorure de fer II $\left(\mathrm{FeCl}_2\right)$ dans $100 \mathrm{~mL}$ d'eau, puis on détermine la température de congélation commençante de la solution obtenue.
a) Quelle température peut-on a priori s'attendre à trouver ? ( $K_{\text {fus }}$ pour l'eau $\left.=1,86^{\circ} \mathrm{C} / \mathrm{mol} . \mathrm{kg}^{-1}\right)$.
b) La valeur expérimentale est $-5,58^{\circ} \mathrm{C}$. Comment peut-on expliquer cet écart important avec la prévision?
c) Il existe également un chlorure de fer III $\left(\mathrm{FeCl}_3\right)$. Une solution de ce chlorure de même molalité que celle de $\mathrm{FeCl}_2$ aurait-elle le même point de congélation qu'elle?
d) Le composé $\mathrm{PtCl}_6 \mathrm{~K}_4$ montre un $\Delta T_{\text {fus }}$ cinq fois plus grand que la valeur calculée par la loi de Raoult. Que peut-on en déduire quant à la nature des espèces présentes dans sa solution?

Sudhir Kumar
Sudhir Kumar
Numerade Educator
05:16

Problem 15

L'acide iodique $\mathrm{HIO}_3$ se dissocie en solution aqueuse en donnant des ions $\mathrm{H}^{+}$ et $\mathrm{IO}_3^{-}$. On pourrait donc s'attendre ( $c f$. exercice précédent) à observer un abaissement cryoscopique double de celui qui correspondrait à une molalité calculée par rapport aux molécules $\mathrm{HIO}_3$. En fait, bien qu'il soit plus important que lui, il n'en est pas le double.
a) Quelle conclusion peut-on en tirer sur la nature des espèces, molécules ou ions, présentes dans la solution?
b) Donnez à cette description un caractère quantitatif, (calculer les concentrations de toutes les espèces présentes) dans le cas suivant : $23,5 \mathrm{~g}$ d'acide iodique dissous dans $750 \mathrm{~mL}$ d'eau; température de congélation observée $-0,53^{\circ} \mathrm{C}$.

Aashna Calidas
Aashna Calidas
Numerade Educator