ÉLÉMENTS FONDAMENTAUX DE CHIMIE EPFL / SCGC / 2005-2006
TEST B (CHAPITRES 1-8) Consignes :
Utilisez pour vos réponses des feuilles de papier A4. Inscrivez au haut de la première page en majuscules vos nom et prénom ainsi que la section à laquelle vous appartenez (chimie EPFL, pharmacie, sciences criminelles, MS en enseignement).
Ecrivez lisiblement et numérotez avec soin chacune des parties des problèmes. Soulignez les réponses finales.
Matériel autorisé :
- formulaire de 2 côtés de page A4 au maximum (contenu libre) - calculatrice scientifique .
1. On effectue une réaction d'aluminothermie en réduisant de l'oxyde ferrique Fe2O3 par une quantité stoechiométrique de poudre d'aluminium.
a) Ecrivez l'équation équilibrée de la réaction d'aluminothermie b) Calculez l'enthalpie molaire standard de la réaction à 298 K
c) Quelle masse d'Al doit-on faire réagir pour libérer une chaleur de 100 kJ ?
d) Quelle masse d'aluminium métallique doit-on faire réagir pour fournir une quantité de chaleur équivalente à celle nécessaire pour faire passer 40 g de glace à T = – 10°C jusqu'à l'état de vapeur à T = 120°C ?
On dispose des données suivantes :
ΔHf0 (Fe2O3) = – 46.9 kJ· mol–1, ΔHf0 (Al2O3) = – 95.5 kJ· mol–1 CP (glace) = 2.03 J· K–1· g–1, CP (eau liquide) = 4.18 J· K–1· g–1 CP (vapeur d'eau) = 2.01 J· K–1· g–1
ΔH0fus (H2O) = 6.01 kJ· mol–1 ΔH0vap (H2O) = 40.7 kJ· mol–1
2. Un gaz contenant un mélange de H2S et de N2 , dans un rapport molaire 1:1, est en équilibre, sous une pression P = 1 atm et à une température de 298 K, avec un litre d'une solution de HClO4 3· 10–3 M contenant des concentrations totales de 2· 10–4 M en ions Mn2+ et 2· 10–4 M en ions Cu2+. La solubilité de H2S dans l'eau est supposée être indépendante de la présence des autres substances de la solution.
a) Quelle est la concentration de H2S dans la solution saturée ? b) Quels sont la concentration [H+] et le pH de la solution obtenue ? c) Quelle est la concentration en ions sulfure S2– de la solution ? d) Quels ions vont précipiter sous forme de sulfure ?
e) Quelles sont les concentrations de Mn2+ et Cu2+ en solution à l'équilibre ?
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On dispose des données suivantes :
Constantes de Henry: kH (H2S) = 3.8· 105 Torr, kH (N2) = 6.51· 107 Torr Constante d'équilibre de dissociation de H2S : K1 = 1.0· 10–7, K2 = 1.2· 10–13 Produits de solubilité: KS (MnS) = 5· 10–15, KS (CuS) = 9· 10–36
3. On considère une solution aqueuse (densité = 1.010) d'un acide de masse molaire M = 300 g· mol–1 et de concentration analytique c0 = 0.100 M. L'acide est ionisé à 4.5 % .
a) Quel est le pH de la solution et le pKa de l'acide ? b) Quelle est la molalité de la solution ?
c) Quel est le point de congélation de la solution ? (la constante cryoscopique de l'eau est Kf = 1.86 K· kg· mol–1).
4. Une pile électrochimique est composée des deux demi-piles suivantes (à 298 K) : Fe3+ + e– ⇄ Fe2+ E0 = + 0.77 V / SHE
Sn2+ + 2 e– ⇄ Sn E0 = – 0.13 V / SHE a) Ecrire la réaction à l'anode
b) Ecrire la réaction à la cathode
c) Ecrire l'équation d'oxydo-réduction globale équilibrée dans le sens spontané.
d) Quelle est la f.é.m. standard de la pile ?
e) Quelle est la constante d'équilibre de la réaction d'oxydo-réduction globale ? f) Quelle est l'enthalpie libre standard de cette réaction ?
g) Quel est la f.é.m. de la pile lorsque la réaction atteint l'équilibre ?
h) Quel serait la f.é.m. de la pile si l'activité des ions Fe3+ était ajustée à a = 1 et que la concentration des ions Sn2+ était de [Sn2+] = 0.001 M ?
i) Quelle serait la f.é.m. de la pile si la température était soudainement élevée à 80°C ? (l'enthalpie standard de la réaction de la pile est – 69.1 kJ⋅mol–1)
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Quelques valeurs utiles
Constante d'Avogadro NA 6.022045⋅1023 mol–1 Constante de Boltzmann kB 1.380666⋅10–23 J⋅K–1 Constante des gaz parfaits R 8.311441 J⋅mol–1⋅K–1
Constante de Faraday F 96'485 C⋅mol–1
Masses atomiques [g· mol–1]
H O Al
1.01 16.00 26.98
