Problèmes de révision - Exercices corriges
c) De quel(s) principe(s) de la thermodynamique vous êtes vous servi pour
résoudre cet ... a) Donner un énoncé du second principe, de quand date t-il ?
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mique ? Pourquoi parle-t-on de fonction détat ?
d) Comment caractérise-t-on léquilibre thermodynamique ?
e) Que traduit la notion de transformation ? Quentend-on par « transformation quasi-statique », « réversible » ?
f) Définir un système ouvert, fermé, isolé.
2. Le premier principe
a) Quelle est la définition de lénergie interne U dun système ? Quelles différences avec lénergie totale E de ce système ?
b) Comment faire comprendre cette notion à des étudiants ?
c) Enoncer le premier principe. Quel est son intérêt ? De quand date t-il ?
3. Exercice calorimétrie
On mélange 20 mL deau à 40°C avec 20 g de glace à 20°C.
a) Comment réaliseriez-vous cette expérience ?
b) Quel est létat final du système ?
c) De quel(s) principe(s) de la thermodynamique vous êtes vous servi pour résoudre cet exercice ?
Capacité calorifique de leau liquide : Cp (eau) = 4,184 J.K1.g1
Capacité calorifique de leau solide : Cp (g) = 2,017 J.K1.g1
Enthalpie standard de fusion de la glace : EMBED "Equation" \* mergeformat = 333,3 J.g1
4. Exercice surfusion
On considère une masse m = 20 g deau en surfusion à 10°C à lintérieur dun calorimètre. Une petite perturbation du système fait cesser la surfusion.
a) Dans quel état se trouve leau en surfusion ?
b) Expliquer par quel(s) moyen(s) on peut faire cesser la surfusion.
c) Décrire létat final du système (température et composition).
II. Second principe
1. Enoncé
a) Donner un énoncé du second principe, de quand date t-il ? Préciser les notions dentropies crées et échangées.
b) Quelle différence y-a-t-il entre transformation adiabatique et isentropique ?
c) Quelles sont les définitions thermodynamiques de la température et de la pression ?
d) Que postule le troisième principe de la thermodynamique ? Quel en est lintérêt ?
2. Calculs dentropie
a) Un litre deau, de capacité thermique Cp est chauffé de 290 K à 360 K par contact avec un thermostat à 360 K. Calculer la variation dentropie du système et lentropie créée. Quel est le taux dirréversibilité de la transformation ?
b) Ce même système est maintenant chauffé de 290 K à 360 K par contact avec différents thermostats, le premier à 300 K, le second à 310 K etc
On ne change de thermostat quune fois léquilibre thermique atteint. Calculer la variation dentropie du système et lentropie créée. Quel est le taux dirréversibilité de la transformation ? Commentaires.
c) 5 g de fer à 327°C sont plongés dans un lac à 7°C. La capacité thermique du fer étant 0,45 kJ.Kg1.K1. Quelle est lentropie crée par ce processus ?
3. Insuffisance du premier principe
On considère deux objets A et B aux températures TA et TB (avec TA > TB). On note CA et CB les capacités calorifiques des deux corps.
a) Appliquer le premier principe à ce système.
b) Y-a-t-il moyen de prévoir quelle sera Tf, la température finale du système?
c) Justifier que le second principe est nécessaire à la détermination de Tf.
d) Exprimer Tf en fonction des données et justifier lappellation « principe dévolution » pour le second principe.
nð Exercices
I. Transitions de phases
1. Equilibre entre deux formes allotropiques
a) Définir ce qu est une allotropie.
b) Donner au moins deux exemples d allotropie.
c) La différence entre deux formes allotropiques est-elle toujours visible à l Sil nu ?
d) Quelles différences de propriétés physico-chimiques peut-il y avoir entre deux formes allotropiques ?
Le soufre existe à létat solide sous deux formes cristallines : EMBED "Equation" \* mergeformat et EMBED "Equation" \* mergeformat Le point de transition entre ces deux variétés est situé à 95,5°C sous la pression atmosphérique. A 25°C, les enthalpies standard de combustion de EMBED "Equation" \* mergeformat et EMBED "Equation" \* mergeformat en dioxyde de soufre sont respectivement de 296,8 kJ.mol1 et 299,7 kJ.mol1.
e) En déduire la variation denthalpie standard pour la réaction EMBED "Equation" \* mergeformat .
f) Calculer la variation dentropie standard pour cette même réaction, quelle est la variété stable à 25°C ?
g) Les volumes molaires sont de 15,6 cm3 pour EMBED "Equation" \* mergeformat et 16,4 cm3 pour EMBED "Equation" \* mergeformat De combien sélève la température de transition lorsque la pression augmente de 10 atm ?
2. Cas dun corps non pur, la cryométrie
Le corps simple soufre à létat solide est formé de molécules Sn.
On cherche à connaître la valeur de n à partir de mesure de température de cristallisation.
Pour cela, on utilise du naphtalène : quand on dissout m2 = 0,95 g de soufre dans m1 = 52,21 g de naphtalène, la température de cristallisation diminue de 0,49°C.
On considérera quen phase liquide naphtalène et soufre forment un mélange idéal alors quen phase solide, les deux solides sont totalement immiscibles.
a) Représenter lallure du diagramme binaire relatif à deux composés A1 et A2 totalement immiscibles à létat solide et totalement miscibles à létat liquide, en précisant la nature des domaines apparaissant dans ce diagramme.
b) Donner et commenter brièvement lallure de la courbe de refroidissement relative au corps pur A1, puis celle relative à une solution diluée de A2 dans A1 considéré comme solvant.
c) Exprimer la condition déquilibre du constituant A1 présent simultanément dans la phase solide et la phase liquide et en déduire léquation T (x1) de la courbe appelée liquidus pour des systèmes dilués en A2, A1 se comportant comme solvant.
d) Utiliser cette équation pour déterminer la masse molaire M2 du soufre et enfin, la valeur de n.
e) Proposer une formule développée pour cette molécule de soufre, chaque atome présentant le même environnement électronique dans la molécule. Prévoir et représenter sa géométrie.
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