QCMs de thermodynamique, atomistique et acide/base

[FyeDAlbarn]

Bonsoir, c'est pour moi la première fois que je poste sur ce forum, donc si je fais ou dis quelque chose qu'il ne faut pas faites le moi savoir !

Tout d'abord j'ai mon concours de médecine dans 3 jours et j'ai quelques questions qui m'ont posé problème en les refaisant, donc si quelqu'un avait l'amabilité de m'aider à comprendre je lui en serait très reconnaissant.

Tout d'abord je commence par un QCM d'atomistique.
On nous donne le complexe V205, avec V le vanadium qui a Z = 23.
Question: Si l'on considère l'ion métallique constituant l'oxyde V205, celui ci ne comporte aucun électron sur les sous-souches 3d et 4s?

Bon, mon souci ici est seulement de savoir l'état d'oxydation de l'ion vanadium dans ce cas. Je penche pour un état d'oxydation +III étant donné que le gaz rare le plus proche à un Z = 20.
Mais bon ce n'est qu'une approximation. Comment savoir à partir de ce complexe comment se disposent les charges dans la molécule, sachant que le Vanadium ne respecte surement pas la règle de l'octet, donc je ne sais pas comment placer les atomes d'oxygène autour de l'ion métallique pour en déduire la charge.

Après quand la charge est déduite, ce n'est qu'une formalité de remplir les couches !

Voilà pour ma première question, je poserais les autres si quelqu'un à l'amabilité de répondre déjà à celle-ci !
Merci d'avance
-----

[HarleyApril]

Bonsoir

Si tu as vu les nombres d'oxydation, tu peux raisonner ainsi
le métal est à un degré X
l'oxygène est à un degré -II
la charge globale de V2O3 est 0
2*X + 3*(-II) = 0
Tu trouves rapidement que X = +III

j'espère avoir répondu à ta question

bonne continuation (et bienvenu sur le forum)

[FyeDAlbarn]

Merci !
Oui tu as tout à fait répondu à ma question, seulement je ne savais que l'oxygène était forcément en degré d'oxydation -II, je pensais que ça dépendais des cas.
C'est forcément toujours le cas?

Merci encore !

Je me lance alors pour la suite de mes questions, qui sont un petit peu plus technique (selon moi), thermodynamique:

On considère cette réaction:
CO2 (g) + H2 (g) --> CO(g) + H2O (g)

On nous donne comme données à 298K
L'entropie standard absolue S° (J.K^-1.mol^-1):
CO2(g) = -213,74
H2 (g) = 126,15
CO (g) = 197,67
H20 (g) = 188,83

L'enthalpie de formation ΔfH° (kJ.mol^-1):
CO2(g) = -393,51
H2 (g) = 0
CO (g) = -110,53
H20 (g) = -241,82

Les capacités calorifiques Cp (J.K^-1.mol^-1) qui sont constantes sur l'intervalle de température que je vais donner par la suite:
CO2(g) = -37,11
H2 (g) = 28,79
CO (g) = 29,14
H20 (g) = 33,58

Bref au final on nous pose un QCM avec 5 choix possibles, avec des valeurs différentes à chaque choix.
Le QCM demande la valeur de l'enthalpie standard de la réaction à 398K

Pour ma part j'ai d'abord calculé l'enthalpie standard à 298K à partir des données des ΔfH°, je trouve ainsi 41,16kJ.mol^-1 (c'est un choix du QCM, mais bien sur c'est un piège, on demande la valeur à 398K)
Ensuite j'applique la formule:
ΔrH°(T2) = ΔrH°(T1) + [nCp(produits) - nCp(réactifs)] * (T2 - T1)
Avec T1 = 298K et T2 = 398K

Je rappelle que les Cp sont constants sur l'intervalle 298K - 398K


Seulement en faisant je ne trouve aucune des réponses données dans le QCM.
Je trouve un résultat aberrant et très grand devant les valeurs proposées par les QCM.

J'aimerais que quelqu'un m'explique à quoi sert l'entropie absolue dans les données? Ou bien c'est une intox pour déstabiliser l'étudiant?
Et pourquoi mon mode opératoire ne fonctionne pas? Je ne vois pas comment utiliser l'entropie sinon

Merci encore !

J'ai encore d'autres questions après, si ça ne vous dérange pas.

[HarleyApril]

Le plus souvent O est à l'état -II
sauf dans O2 par exemple

tu as bien fait attention ?
certaines données sont en J et d'autres en kJ ...

[A voir en vidéo sur Futura]

[jeanne08]

- est ce que , par hasard , tu n'aurais pas additionné des kJ/mol ( pour les H ) et des J/mol ( à partir des Cp ) ???
- les Cp sont tous positifs
- les entropies ne servent à rien pour cette question

[HarleyApril]

quel duo !

merci Jeanne et bonne année (pleine de conseils judicieux en chimie )

[FyeDAlbarn]

En effet je n'ai pas fait attention aux unités, chose qui ne m'arrive que très rarement.
Mais au final en refaisant le calcul je trouve 48,264 kJ.mol^-1
Ce qui n'est pas une réponse proposée

La réponse est 40,84 kJ.mol^-1, mais je ne sais pas comment on trouve la réponse

Merci d'avance

[FyeDAlbarn]

@jeanne08 :
Merci de ton aide !
Qu'est ce que tu entends par les Cp sont tous positifs?
La capacité calorifique est forcément > 0?
Donc ici, l'énoncé est erroné pour CpCO2(g)? Ce serait plutôt 37,11?

Cela explique peut-être mon souci si le Cp est positif.

Concernant les autres points, oui j'avais additionné sans faire de conversions, je suis un peu idiot parfois !
Et je me doutais que l'entropie absolue étais inutile, merci pour la confirmation !

Edit: Désolé pour le double post, je n'ai pas pensé à éditer celui du dessus.

[FyeDAlbarn]

Merci HarleyApril et Jeanne !
En effet le problème venait de l'énoncé, en prenant un Cp > 0 je trouve le résultat voulu, soit 40,84 kJ/mol

Merci encore pour cette précieuse aide, je ne savais pas que les Cp devaient être positifs.


Une autre question de thermo pour la route si ça ne vous dérange pas:

On considère la dissociation d'une mole de N2O2 à l'état gazeux en NO2 gazeux, à 25°C soit 298K
Selon moi la réaction est: N2O2 (g) --> 2NO2 (g)

L'entropie standard absolue S° (J.K^-1.mol^-1):
N2O2 (g) = 304
NO2 (g) = 240

L'enthalpie de formation ΔfH° (kJ.mol^-1):
N2O2 (g) = 9,16
NO2 (g) = 33,2

Sachant que R = 8,31 J/K/mol et P° = 1 Bar

L'énoncé demande la valeur de l'enthalpie molaire standard de réaction
Pour moi c'est ΔrH°, et je trouve 24,04 kJ/mol
Or le corrigé me dis que c'est faux.
J'ai seulement fait ΔfH°produit - ΔfH°réactif, qu'est ce qui cloche dans ma méthode?

Ensuite ils demandent l'entropie molaire standard de réaction
Ils cherchent donc ΔrS°, je fais alors S°produit - S°réactif et je trouve un résultat totalement différent de la réponse du QCM, une fois de plus pourquoi mon raisonnement est-il erroné? Selon moi c'est ainsi qu'on procède, de plus que ça me paraît assez simple comme question. Mon raisonnement est bancal?

Bref le reste des questions du QCM m'ont l'air assez simple mais j'ai besoin des valeurs de ΔrH°et ΔrS° pour les faire.

Merci d'avance ! J'ai encore quelques autres questions si vous n'êtes pas lassés !

[jeanne08]

d'abord la réaction est soit N2O4 -> 2NO2 ou N2O2 -> 2NO ... mais pas celle qui est ecrite
il y a des coefficients stoechiométriques .... deltarH° = 2 deltafH°NO2 - deltafH° N2O4 .... même genre de calculs avec les entropies

[jeanne08]

de jeanne pour HarleyApril : excellente année à toi aussi

[FyeDAlbarn]

Pardon je voulais dire On considère la dissociation d'une mole de N2O4 à l'état gazeux en NO2 gazeux, à 25°C soit 298K
Selon moi la réaction est: N2O4 (g) --> 2NO2 (g)

Erreur d'inattention, je suis assez fatigué ce soir

[FyeDAlbarn]

Ma question de thermo n'a pas l'air de vous égayer plus que ça ! Pas grave, merci beaucoup pour votre aide !

Peut-être qu'une question sur les acide/base vous égaiera un peu plus? Je me lance, dans l'attente d'une aide de votre part !

Voilà mon souci:
J'ai une solution aqueuse de concentration C0 = 2.10^-2 mol/L en orthophosphate de sodium et d'ammonium Na2(NH4)PO4
Après dissolution le cation ammonium réagit avec PO4(3-) pour donner de l'ammoniaque NH3 et HPO4(2-)
Le pH de la solution étant de 10,8

Donc tout d'abord on me demande la constante d'équilibre, simple je trouve 10^3,2
Réaction non totale

Ensuite on me demande la concentration de NH4+ à l'équilibre
Mes données sont: pKa1(NH4+/NH3) = 9,2 et pKa2(HPO4(2-)/PO4(3-)) = 12,4

J'utilise alors la constante d'équilibre K = [NH3] [HPO4(2-)] / [NH4+] [PO4(3-)]
Je fais un tableau d'avancement avec la concentration en réactifs = C0 - C0x à l'équilibre et la concentration en produit = C0x à l'équilibre.
Je cherche à définir x.
Je bidouille tout d'abord l'expression de ma constante d'équilibre en remplaçant les concentration par( C0 - C0x) et (C0x)
J'obtiens alors une équation du 2nd degré que j'essai tant bien que mal de résoudre afin de définir x.

Est-ce que jusque là mon raisonnement est correct?

Bref au final je résous mon équation je trouve un x1 aberrant > 0, donc à exclure
Je trouve x2 = 0,11

Je calcule alors [NH4+]eq = C0 - C0x = 2.10^-2 - 2.10^-2 * 0,11 = 1,8.10^-2

Or la réponse se situe entre 4,9.10^-4 mol/L et 5,1.10^-4 mol/L selon le corrigé

Où est-ce que je me trompe? J'ai refais le calcul plusieurs fois, et je vous l'accorde il est très possible que j'aie fait une erreur de calcul, mais bon comme je vous l'ai dit je l'ai refait plusieurs fois !

Bizarrement je n'ai pas utilisé le pKa, connaîtriez vous un raisonnement plus adapté? Pourquoi le mien est-il erroné?

Merci d'avance !

[jeanne08]

- j'aime assez la thermo ...
- j'aime aussi les exo de solution aqueuses ...
La réaction NH4+ + PO4 3- = NH3 + HPO4 2- a une constante de 10^+3.2 donc cette réaction marche très bien ...
Tu fais un tableau d'avancement et tu trouves K = x^2/(1-x)^2 et tu n'as pas besoin de résoudre une équation du second degré car x/(1-x) = racine K = 10^1.6 = 39.8
donc x = 39.8/40.8 et 1-x = 1/40.8 et (NH4+) = C0 *(1-x) = 4.9e-4 mol/L bref tu t'es simplement trompé dans la valeur du x !
Tu as utilisé les pka lorsque tu as calculé la constante de l'équilibre K .

morale : ne pas se lancer dans le calcul trop vite , bien examiner les équations et voir d'éventuelles simplifications . De plus une constante d'équilibre grande va donner, en général , un degré d'avancement assez gransd et il me semble que la valeur 0.11, petite devrait te faire un peu réagir

[FyeDAlbarn]

@Jeanne08: Milles merci
Finalement je n'ai pas assez réfléchi et j'ai voulu appliquer bêtement une méthode et je me suis borné à absolument trouver une équation du 2nd degré alors qu'il y a beaucoup plus simple !

Encore merci, je crois que j'ai fini avec mes questions sauf celle de thermo à laquelle personne n'a encore répondu !
En tout cas je vous remercie grandement pour votre aide HarleyApril et toi !

[jeanne08]

pour quelle question de thermo tu n'as pas de réponse ? ... regarde bien ...

[FyeDAlbarn]

Ma deuxième question concernant la thermo, celle où tu m'as prévenu que je m'étais trompé dans ma réaction.
En réalité c'étais juste une erreur d'inattention de ma part.
--> C'est N2O4(g) et NO2(g), donc je vais corriger mon erreur ici.

Mais au final à part l'équation, mon calcul me semble bon pourtant je ne trouve pas le bon résultat et je ne comprends pas pourquoi.

J'ai fait un copier/coller:

Une autre question de thermo pour la route si ça ne vous dérange pas:

On considère la dissociation d'une mole de N2O4 à l'état gazeux en NO2 gazeux, à 25°C soit 298K
Selon moi la réaction est: N2O4 (g) --> 2NO2 (g)

L'entropie standard absolue S° (J.K^-1.mol^-1):
N2O2 (g) = 304
NO2 (g) = 240

L'enthalpie de formation ΔfH° (kJ.mol^-1):
N2O2 (g) = 9,16
NO2 (g) = 33,2

Sachant que R = 8,31 J/K/mol et P° = 1 Bar

L'énoncé demande la valeur de l'enthalpie molaire standard de réaction
Pour moi c'est ΔrH°, et je trouve 24,04 kJ/mol
Or le corrigé me dis que c'est faux.
J'ai seulement fait ΔfH°produit - ΔfH°réactif, qu'est ce qui cloche dans ma méthode?

Ensuite ils demandent l'entropie molaire standard de réaction
Ils cherchent donc ΔrS°, je fais alors S°produit - S°réactif et je trouve un résultat totalement différent de la réponse du QCM, une fois de plus pourquoi mon raisonnement est-il erroné? Selon moi c'est ainsi qu'on procède, de plus que ça me paraît assez simple comme question. Mon raisonnement est bancal?


Voilà, merci encore.

[HarleyApril]

et le 2 devant NO2 t'en fais quoi ?
si tu écris N2O4 = NO2 + NO2 et que tu veux faire ton calcul, tu ne prends que l'enthalpie de formation d'un seul produit parce que l'autre il est en gratuit, il y a une promo "deux pour le prix d'un" ?

cordialement

[FyeDAlbarn]

Je ne sais pas quoi dire..
Mon problème de calcul vient seulement de l'équation comme vous vous évertuez à le faire remarquer depuis hier.
En réalité sur le papier l'équation étais bonne soit N2O4 --> 2NO2

Mais quand j'en suis venu à faire le calcul j'ai oublié de mettre les coefficients stœchiométriques (j'étais pourtant persuadé de ne pas les avoir oublié)
Pour cette raison je n'ai pas refait mon calcul, je pensais que c'étais mon raisonnement qui était incorrect et non un problème de stoechiométrie.
Bref j'ai refais le calcul en prenant soin de remplacer le coefficient et c'est bon.

Mais au final, vous aviez raison, la prochaine fois je vérifierais bien avant de poser une question, mais je vous avoue que c'est parfois difficile de se rendre compte que l'on se trompe alors qu'on est persuadé du contraire ! Tout étais question d'attention de ma part, j'espère que je serais plus concentré le jour du concours ...

En tout cas merci à vous deux, vous m'avez été d'une grande aide et je félicite votre efficacité !

J'ai fini avec mes questions et mes étourderies, merci encore à vous deux !

[HarleyApril]

merci encore à vous deux !

ça y est, tu l'as trouvé ton facteur deux

[FyeDAlbarn]

Une fois n'est pas coutume, j'ai encore un souci finalement ...
HarleyApril concernant le premier QCM en atomistique que j'ai posé avec V2O5 et l'ion vanadium qui a un degré d'oxydation de +III.
Sachant que Z=23, l'ion vanadium a donc 20 électrons autour de lui. Soit 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d2, donc 2 électrons de valence sur la couche 3d.

Or le corrigé du QCM me rapporte qu'il n'y a aucun électron de valence sur les couches 4s et 3d de l'ion vanadium. Pourtant je trouve bien 3d2 avec une oxydation de +III.
Je sais que le vanadium peut avoir un degré d'oxydation de +V parfois (ce qui ferais qu'on aurait pas d'e- de valence ni sur 3d ni sur 4s), alors ma question est: Serait-ce une erreur du corrigé ou bien une erreur de ma part?

Merci d'avance pour vos réponses ! J'espère que c'est la dernière question que je pose ! Désolé encore une fois

[HarleyApril]

oups
j'avais lu V2O3 et t'avais répondu un DO de +III (relis les calculs, tu y verras un facteur trois qu'il faut changer en 5)
s'il s'agit de V2O5 alors le DO et de +V et il n'y a plus d'électrons sur 4s ni sur 3d

cordialement

[HarleyApril]

un fil par question, c'est mieux
pas de souci si tu as d'autres questions, tu es le bienvenu !
(si tu as des réponses, idem)

pour la modération

[FyeDAlbarn]

Merci beaucoup !