→ α ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR

ÉCOLE POLYTECHNIQUE DE MONTRÉAL

ING1030 – CHIMIE POUR INGÉNIEUR

EXAMEN FINAL HIVER 2005

DATE : 30 avril 2005 HEURE : 13h30 à 16h00

Calculatrice non programmable premise Aucune documentation permise

________________________________________________________________________

QUESTION NO. 1

Une pièce d’aluminium solide de 150kg doit être recyclée par fusion à l’aide d’un four contenant 3000 kg de NaCl liquide (fondu) initialement à 875^oC. La pièce d’aluminium est immergée dans le NaCl fondu qui lui transmet de la chaleur provoquant ainsi la fusion de l’aluminium.

En supposant que la température finale est uniforme (aluminium fondu et NaCl fondu) et que la chaleur perdue par le NaCl fondu est toute transférée à l’aluminium calculer : 2 points a) la température finale du four (aluminium fondu et NaCl fondu) pour le cas

ou la pièce d’aluminium immergée était initialement à 25^oC.

Le four est chauffé à l’aide d’un brûleur au propane (C3H8(g)) dont l’efficacité est de 70%. La combustion du propane à lieu à pression atmosphérique avec 20% d’air sec en excès. Pour le cas ou la demande totale en chaleur du four de fusion est de 325 900 kJ/h calculer :

1 point b) la consommation de propane C3H8(g) en kg/h;

2.5 points c) le point de rosée des gaz de combustion en se basant sur un bilan molaire de la réaction de combustion

C3H8(g) + air

→ α

Cp(Al(s)) = 1,075 kJ/kg ^oC Cp(Al(liqu)) = 1,177 kJ/kg ^oC Cp(NaCl(liqu)) = 1,185 kJ/kg ^oC

∆hF(Al) = 397,0 kJ/kg TF(Al) = 660^oC

CHIMIE POUR INGÉNIEUR – ING1030 2 EXAMEN FINAL – HIVER 2005

QUESTION NO. 2

Dans un institut océanographique on étudie l’effet des gaz dissout dans l’eau sur la vie aquatique dans les profondeurs.

Pour des expériences on doit préparer un mélange gazeux de O2 et N2 qui mis en contact avec l’eau assurera la même quantité de O2 et N2 dissout dans l’eau.

Pour le cas ou on désire dissoudre à 20^oC 0,0215 g de O2, ainsi que 0,0215 g de N2 dans 1L d’eau on vous demande de calculer :

1 point a) les pressions partielles de O2 et de N2 au dessus de l’eau;

1 point b) la composition du mélange gazeux en % mol en négligeant la tension de

vapeur de l’eau;

2 points c) le volume que devra avoir un cylindre (bombonne) pour stocker à 154 atm et à -54,2^oC 2 951,6 g du mélange gazeux en question.

QUESTION NO. 3

Un producteur de bière procède depuis longtemps à la fermentation alcoolique en maintenant ses cuves à 10^oC. La réaction de fermentation est représentée par l’équation suivante :

C6 H12 O6 + 0,1 NH3

→

glucose biomasse alcool

À 10^oC des données cinétiques caractérisant la fermentation alcoolique sont rassemblées au tableau ci-dessous :

Temps

(heures) Concentration en glucose (mole/L)

0 2,0

40 1,41

80 1,0

120

160 0,5

200 0,354

240 0,25

320 0,125 360 0,0884

CHIMIE POUR INGÉNIEUR – ING1030 3 EXAMEN FINAL – HIVER 2005

On vous demande de calculer :

0.5 point a) le coefficient stoechiométrique δ;

1 point b) la quantité de CO2 en kg qui se formera en 10 jours lors de la fermentation de 4 500L de moût clarifié;

1 point c) l’ordre de la réaction et la constante de vitesse de la fermentation alcoolique à 10^oC;

1 point d) la concentration en glucose (mole/L) après 5 jours de fermentation alcoolique à 10^oC;

Pour satisfaire à la demande croissante pour la bière, le producteur décide de réaliser la fermentation alcoolique en 10 jours au lieu de 15 jours. On vous demande de calculer : 2 points e) la température qui assurera cette fermentation alcoolique accélérée.

L’énergie d’activation pour la réaction de fermentation alcoolique est 55 kJ/mole.

⎟⎟⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

⎛ −

⎟⎟=

⎠

⎞

⎜⎜⎝

⎛

1 2 2

1 1 1

ln R T T

Ea k

k

T T

QUESTION NO. 4

Une pile fonctionnant à 25^oC est constituée de deux demi-piles.

La demi-pile A est formée d'une tige de cadmium plongée dans une solution saturée de Cd (OH)2 correspondant au Kps de Cd(OH)2. Cd(OH)2 est le seul soluté dans la solution.

La demi-pile B est une électrode de platine (un métal inerte qui sert seulement comme conducteur des électrons) baignée par H2(g) à 0,1 atm dans une solution où [H⁺] = 0,5 M (voir schema page suivante).

Cd(s)⏐ Cd⁺⁺ (aq. saturée en Cd(OH)2 (solide) ⏐⏐ H⁺ (aq. 0.5M) ⏐ H2 (gaz à 0,1 atm.) ⏐ Pt 1.5 points a) Quel est le pH de la solution dans la demi-pile A?

1 point b) Donnez la réaction anodique et la réaction cathodique.

1.5 points c) Quelle sera la force électromotrice de la pile?

1 point d) On permet le passage du courant entre les deux électrodes. Quel sera le changement de masse de la tige de cadmium après 24 h. si le courant est de 0,1 amp?

CHIMIE POUR INGÉNIEUR – ING1030 4 EXAMEN FINAL – HIVER 2005

Les professeurs Christopher Bale Danilo Klvana Patrice Chartrand Arthur Pelton Sylvain Salvador Gregory De Crescenzo