DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE

DÉPARTEMENT DE GÉNIE CHIMIQUE ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL

ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE Date : mercredi le 18 février 2004

Heure : 18h30 à 20h20

Calculatrice non programmable permise Aucune documentation permise

Des tableaux et des figures qui peuvent être utiles sont annexées au texte de l’examen PROBLÈME 1

Le diagramme liquide-vapeur isotherme à – 198,46 °C du système O2 – N2 est donné à la figure ci-jointe.

0,5 points a) Quel composant (O2 ou N2) est le plus volatil? Justifier votre réponse (en une dizaine de mots).

0,5 points b) De l’air (pour faciliter la lecture, supposer une fraction molaire de l’azote de 0,80) est mis dans un cylindre muni d’un piston (figure ci-jointe) et refroidi jusqu’à – 198,46 °C. La pression dans le cylindre est alors de 100 mmHg. Ensuite on fait descendre le piston lentement, tout en maintenant la température constante– 198,46 °C.

À quelle pression la première goutte d’une phase liquide est-elle formée, et quelle est la fraction molaire de N2 dans cette première goutte de liquide?

0,5 points c) On continue à faire descendre le piston (à température constante) jusqu’à ce que la pression atteigne 350 mmHg. Quelle est, à cette pression, la fraction molaire de N2 dans les phases liquide et vapeur à l’équilibre.

0,5 points d) On continue à faire descendre le piston (à température constante) jusqu’à ce que la phase gazeuse disparaisse et que le piston repose sur la surface du liquide. Quelle est la pression au moment où la phase gazeuse disparaît? Quelle la fraction molaire de N2 dans la phase gazeuse juste avant sa disparition?

2,5 points e) En supposant idéal le système O2 – N2, calculez les fractions molaires de N2 et O2 dans les phases liquide et vapeur à l’équilibre, à la température de – 198,46 °C et sous une pression de 200 mmHg.

Comparez vos réponses aux valeurs lues sur le diagramme. S’il y a un écart, expliquez pourquoi (en une dizaine de mots).

ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE – HIVER 2004

Page 2 de 4 2,5 points f) Quelle est la température d’ébullition normale (P = 1 atm) de O2?

Servez-vous du diagramme liquide-vapeur du système, de l’enthalpie de vaporisation de l’oxygène ( HV = 213,1 kJ/kg) et de l’équation de Clausius-Clapeyron :

∆ −

−

=

1 2 V 0

1 0 2

T 1 T

1 R H p

Lnp

Diagramme isotherme (T = -198,46°C) liquide-vapeur de l’O

et du N

Fraction molaire de l’azote

T = constante P

P

piston

cylindre O2 + N2

ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE – HIVER 2004

Page 3 de 4 PROBLÈME 2

Pour le séchage de plantes médicinales, on a conçu une petite unité constituée d’un séchoir adiabatique précédé d’un réchauffeur. (voir figure).

À la sortie du séchoir (point ), l’air doit être à 20^oC et avoir une H.R. de 80%. L’air extérieure qui entre dans la petite unité (point ) est à 10^oC avec une H.R. de 40% et son débit est 1m³/s.

On vous demande de calculer :

2,0 points a) Le point de rosée (température de rosée) de l’air humide à la sortie du séchoir (point ).

4,0 points b) Le débit d’eau en g/s, qui sera éliminé des plantes dans le séchoir (l’eau qui passera des plantes à l’air).

2,0 points c) La température à laquelle on doit chauffer l’air dans le réchauffeur (température au point ).

Enthalpie de l’air humide :

(

)

h= 1,005+1,884 ′ +2259 ′

h : en kJ/kg d’air sec

T : en ^oC

Y′ : humidité absolue en kg d’eau / kg d’air sec T1 = 10^oC

H.R.1 = 40% T2 = ? T3 = 20^oC

H.R.3 = 80%

Réchauffeur Chauffage

Séchoir adiabatique

Plantes air

Débit1 = 1m³/s

ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR CONTRÔLE PÉRIODIQUE – HIVER 2004

Page 4 de 4 PROBLÈME 3

Les oxydes d’azote sont connus pour causer un stress environnemental considérable. Le dioxyde d’azote, par exemple, qui contribue à la formation de smog, a fait l’objet de nombreuses études au laboratoire.

Dans un réacteur expérimental de 2 L, où le vide a préalablement été fait, on introduit, à 337 °C, du NO2 jusqu’à ce que la masse volumique soit de 0,520 g/L. À cette température NO2 se dissocie lentement selon la réaction suivante (réaction endothermique):

2NO2 2NO + O2

Lorsque l’équilibre est atteint la pression dans le réacteur est de 0,750 atm.

On vous demande de calculer :

0,5 points a) La pression initiale p0 du NO2 pur à 337 °C.

2,0 points b) Les pressions partielles pNO2, pNO et pO2 à l’équilibre.

2,0 points c) Les constantes d’équilibre KP et KC.

0,5 points d) Si la température du système descend, comment va se faire le déplacement de l’équilibre: vers la droite ou vers la gauche? Expliquer.

Les enseignants