CORRECTION EXERCICES OUTILS THERMODYNAMIQUES DE L’EVOLUTION
Exercice 1
Dans une enceinte de volume V = 10 l à T = 298 K sont présents: N2 , H2 et NH3 en quantités respectives 0,3 0,5 et 0,4 mole. La réaction chimique susceptible de se produire est :
N2 + 3 H2 2NH3 rG°(298K) = -8,25 kJ.mol-1 EI 0,3 0,5 0,4
EF ? non évoqué puisqu'on se pose la question de ce qu'il doit advenir….
But : déterminer A pour connaître son signe, et utiliser le critère d'évolution
Calcul de A = - rG°(T) – RT ln Q = - rG°(T) – RT ln 3
2 H 2 N
3 NH
a . a
a
Calcul de 3 3
2 H 2 N
3 NH 3 2 H 3 NH
3 2 H 2 N
3
NH .P
P . P
P P P
P . P
P P a
. a
a
2 N
On remarque que dans le texte, nous sont donnés la température et le volume : la loi des gaz parfaits sera donc utilisée pour exprimer chacune des pressions partielles :
Donc
33 3
2 H 2 N
3 3 NH 3
2 H 2 N
3 NH 3 2 H 3 NH
3 2 H 2 N
3 NH
RTV . P n . n P n P . . P
P P P
P . P
P P a
. a
a
2 N
AN : 3
2 H 2 N
3 NH
a . a
a =
3 3 5 3
3
10 . 29810 . 314 , 8 . 10 5 , 0 . 3 , 0
4 , 0
Soit 3
2 H 2 N
3 NH
a . a
a =0,695
Donc A = - rG°(T) – RT ln Q = 8,25.103 – 8,314. 298 .ln 0,695 > 0 (sans même faire le calcul ) Or, le critère d'évolution spontané étant A. d >0 => d > 0 => la réaction évolue vers la droite
Remarque : si la même expérience avait été menée dans une enceinte de 50 L => Q = 17,38 => A < 0 => évolution vers la gauche.
2
2
2
2 2
2
2 2
2 2
2 2 2
2
2 2 2
2
2
Exercice 2
Nicr + 1/2 O2 gaz NiO cr rG°(300K) ) = -211,4 kJ.mol-1 2Crcr + 3/2 O2 gaz Cr2O3 cr rG°(300K) = -1057 kJ.mol-1
2 oxydes sont susceptibles de se former . Le calcul de l'affinité du système relativement à la réaction d'oxydation du nickel (A Ni ) , puis relativement à l'oxydation du chrome (A Cr ) , permettra de donner une première réponse…
A Ni = - rGNi°(T) – RT ln QNi = - rGNi°(T) – RT ln
2 O Ni
NiO
a . a
a = - (-211,4.103) – 8,314.298 ln
1 / 2 , 0 . 2 , 0
1 > 0 Donc NiO se forme
A Cr = - rGCr°(T) – RT ln QCr = - rGCr°(T) – RT ln
O2 23 2 Cr3 O 2 Cr
a . a
a = - ( - 1057.103) – 8,314 .298 ln
2 3
) 2 , 0 .(
8 , 0
1 > 0
Donc Cr2O3 se forme
Les deux métaux devraient s’oxyder .
Dans ce nouveau système,
une troisième réaction est susceptible de se produire
: 3 Ni + Cr2O3 3 NiO + 2 Cr ( R ) = 3x (RNi) - (RCr)Evolue-t-elle et dans quel sens ? le calcul de l'affinité du système obtenu à l'issue des réactions précédentes permettra de répondre :
A (R) = = - rG(R)°(T) – RT ln Q(R) = - ( 3x rGNi°(T) - rGCr°(T) ) – RT ln
3 O 2 Cr 3 Ni
2 Cr 3 NiO
a . a
a .
a
= -( 3x-211,4 – (-1057) ).103 – 8,314.298 .ln 1 . 2 , 0
8 , 0 . 1
3 2
< 0
Donc la réaction évolue vers la gauche : le chrome métal régénère le nickel à partir de son oxyde : tout se passe comme si le nickel n'était pas oxydé.
Remarque : En effet, le chrome s'oxyde seul, en surface , mais l'oxyde formé, transparent, forme une couche
"imperméable" à O2 qui isole l'ensemble de l'oxygène…et plus aucune oxydation n'a alors lieu.
Thermodynamiquement , le chrome devrait s'oxyder, tout en protégeant le nickel ; puis, à la disparition de tout le chrome, le nickel s’oxyderait à son tour…en réalité, cinétiquement, l'oxydation est seulement superficielle.
