[Chimie] [L3] CAPES, Obtention de O2 par distillation fractionnée

[invite19431173]

OK OK, c'est trouver l'état final en fonction de y, x, et n que je trouvais peu évident. Par exemple, trouver n-y-3x, je trouve que ça saute vraiment pas aux yeux...
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[invite19431173]

On suppose désormais que le mélange diazote-dihydrogène est pris initialement dans les proportions stoechiométriques (dans ces conditions, n = 4y)

b) Exprimer les pressions partielles p₁, p₂, p₃ en fonction de (x représente en fait le taux de réaction à l'équilibre), et de P.

c) Donne l'expression de la constante d'équilibre thermodynamique K°_T en fonction de x, de la pression totale P, et de la pression de référence (ou pression de l'état standard) P° = 1 bar = 10⁵ Pa. L'expression n'est pas si facile que ça à trouver !

Toutes les pressions sont exprimées en bars, quelle relation lie K°_T et le constante

[invite77e86f54]

On suppose désormais que le mélange diazote-dihydrogène est pris initialement dans les proportions stoechiométriques (dans ces conditions, n = 4y)

b) Exprimer les pressions partielles p₁, p₂, p₃ en fonction de (x représente en fait le taux de réaction à l'équilibre), et de P.

c) Donne l'expression de la constante d'équilibre thermodynamique K°_T en fonction de x, de la pression totale P, et de la pression de référence (ou pression de l'état standard) P° = 1 bar = 10⁵ Pa. L'expression n'est pas si facile que ça à trouver !

Toutes les pressions sont exprimées en bars, quelle relation lie K°_T et le constante

b) on a dc
p1/P=(y-z)/2(2y-z)= (1-x)/2(2-x)
p2/P=3(y-z)/2(2y-z)=3(1-x)/2(2-x)
p3/P=z/(2y-z)=x/(2-x)

c)on K=(p3²*p°²)/(p1*p2^3)
d c apres calcul et simplification on a
K=(16x²*(2-x)²*p°²)/(27(1-x)^4*P²)

[invite19431173]

Bon, rien à redire, je mettrai la suite en ligne plus tard...

[invite77e86f54]

te presse pas trop....je suis plutot fan de chimie orga...j ai fait celui la car personne voulait s y mettre....

[invite19431173]

d) On pose ; donner l'expression de x en fonction de a ; étudier le cas particulier où a << 1.

e) Dans un domaine restreint de température, on trouve que l'expression de vérifie :



) Exprimer l'enthalpie libre standard de la réaction de synthèse de l'ammoniac. Quels commentaires appelle cette expression ? (On rappelle que R = 8,32 J.mol^-1.K^-1 )

e₂ ) Déterminer, en conséquence, l'allure des graphes isobares représentant les variations de x avec T (on se restreindra au cas où le paramètre a <<1 ; aucune application numérique n'est demandée). Montrer que l'on peut retrouver à l'aide des ces graphes les lois de la Chatelier et de Van't Hoff.

[invite77e86f54]

si personne ne s y met,je vais devoir achever mon travail...on verra demain

[invite19431173]

si personne ne s y met,je vais devoir achever mon travail...on verra demain

C'est ça, finis le travail ! Après, on a encore 2-3 trucs de ce genre, mêlés à un peu de cinétique, puis on passe à de la chimie plus organique quand même...

[Gwyddon]

Même si je n'ai plus suivi à partir d'un moment (oraux obligent, c'est bientôt la fin...), je voulais remercier publiquement benjamin pour ce sujet, qui a eu deux vertus : m'aider pour les concours, et me réconcilier avec la chimie (je me suis rendu compte que ce n'était pas si mal que ça !) benjy !

[invite19431173]

Rhôôôôôô... Mais comme c'est gentil !!!

Même si je n'ai plus suivi à partir d'un moment (oraux obligent, c'est bientôt la fin...), je voulais remercier publiquement benjamin pour ce sujet, qui a eu deux vertus : m'aider pour les concours, et me réconcilier avec la chimie (je me suis rendu compte que ce n'était pas si mal que ça !) benjy !

C'est pour cer genre de moment que j'aime aider les autres !

Bon, je te le redis, déchire tous aux oraux !

Sinon, si d'autres veulent à leur tour se réconcilier avec la chimie ou réviser ou je ne sais quoi, n'hésitez pas à me demander des sujet par mp ou a répondre aux sujets que je lance. Ce n'est pas parce qu'une réponse a déjà été donnée que vous ne pouvez pas vous lancer vous aussi. Libre à vous d'ignorer la réponse déjà postée et de me soumettre la votre, je ferais précéder la réponse du nom de l'intéressé en gros.

@++ tout le monde.

Benjamin.

[Gwyddon]

Salut, je suis maintenant, officiellement depuis ce matin 10h30 en vacances, donc je fais un peu de chimie (je sais, on va me prendre pour un fou ).

Je reprend à partir de III 1 a) :

a) Je trouve comme fred123, avec le même raisonnement : si on note x l'avancement de la réaction en fait x=z et donc à l'équilibre on a y-z molécumes de N2, n-y-3z molécules de H2 et 2z molécules de NH3.

On suppose un mélange idéal de gaz parfait, on a donc pi = xi P et c'est gagné (ce truc dormait sur mon bureau depuis 3 semaines ! désolé de ne pas l'avoir posté plus tôt...)

Au fait on a la limitation suivante sur z , ça peut être bon à savoir.

b) p1 = (1-x)/(4-2x) P

p2 = 3(1-x)/(4-2x) P

p3 = x/(2-x) P

c) On applique la loi d'action de masse et on obtient



donc après calculs et simplifications, on obtient

On a .

d) D'après la c), et sachant la condition de limitation, on a .

Donc c'est une équation du 2nd degré en x à résoudre, qui nous donne .

Là je ne vois pas trop comment discriminer les deux valeurs, vu que la condition du a) ne me fournit que ...

Bon sinon avec a <<1 un petit DL nous donne

Vu comme ça, je prendrais bien -, ce qui donnerait . Mais la justification est toujours attendue

e) 1) On utilise la relation fondamentale ce qui donne de suite


Quelques commentaires :

_ L'expression nous suggère très fortement que l'on est dans le cadre de l'approximation d'Ellingham ( et constants dans un certain domaine de T)

_ On est ainsi amené à affirmer que : réaction exothermique.

e2) Plus tard

Julien

[invite19431173]

a) Je trouve comme fred123, avec le même raisonnement : si on note x l'avancement de la réaction en fait x=z et donc à l'équilibre on a y-z molécumes de N2, n-y-3z molécules de H2 et 2z molécules de NH3.

Ca marche, pas de soucis !

b) p1 = (1-x)/(4-2x) P

p2 = 3(1-x)/(4-2x) P

p3 = x/(2-x)

Oui, si P est au numérateur...

c) On applique la loi d'action de masse et on obtient



donc après calculs et simplifications, on obtient

On a .

d) D'après la c), et sachant la condition de limitation, on a .

Donc c'est une équation du 2nd degré en x à résoudre, qui nous donne .

Là je ne vois pas trop comment discriminer les deux valeurs, vu que la condition du a) ne me fournit que ...

Ben réfléchis bien, il y a quand même une condition sur x...

Bon sinon avec a <<1 un petit DL nous donne

Vu comme ça, je prendrais bien -, ce qui donnerait . Mais la justification est toujours attendue

C'est pas mal du tout, j'attends juste la justification !

e) 1) On utilise la relation fondamentale ce qui donne de suite


Quelques commentaires :

_ L'expression nous suggère très fortement que l'on est dans le cadre de l'approximation d'Ellingham ( et constants dans un certain domaine de T)

_ On est ainsi amené à affirmer que : réaction exothermique.

EXCELLENT

e2) Plus tard

OK !

[Gwyddon]

Argh, quel abruti !!!

Avec le tableau d'avancement, on a donc *

Au fait, pour la b) pas de souci, j'ai mal parenthésé mais le P est bien au dénominateur

[invite19431173]

ok ça marche ! J'attends plus que le e)...

[invite19431173]

Bon, en attendant la réponse de 09Jul85, la suite...

2°) Oxydation de l'ammoniac en monoxyde d'azote

a) Ecrire la réaction d'oxydation de l'ammoniac en monoxyde d'azote et dire dans quelles conditions elle est réalisée industriellement
b) Donner la structure de la molécule de NO dans la théorie de Lewis
c) Cette structure est-elle en accord avec le paramagnétisme observé et permet-elle d'expliquer la tendance à la dimérisation ?
d) Schématiser un montage permettant de préparer au laboratoire du monoxyde d'azote à partir de cuivre et d'acide nitrique; indiquer les précautions à mettre en oeuvre afin d'obtenir NO pur.

[Gwyddon]

Salut Benjamin,

J'ai bien reçu ton MP, en fait depuis le 22 juillet j'étais embourbé dans mes résultats (il y a eu des problèmes, qui ne se résoudront pas mais tant pis en gros je ne pars pas à Lyon finalement).

Grâce à tes exercices, j'ai eu 13/20 à l'X et à Centrale en chimie donc un grand merci

Je t'avoue que j'ai vraiment la flemme de faire le graphe du e), donc je vais passer directement à la suite.

Je vais y réfléchir cette après-midi, je posterai ce soir. Je pars le 2 août, je ne serai plus dispo après

@+

Julien

[invite19431173]

OK, ça marche ! Pas de soucis pour le e), c'est vrai qu'il est embêtant à faire. Plus trop dispo après le 2 aout ? Mais qui fera mes exercices alors l'année prochaine ?

Bon, tant pis alors, je ne te verrai pas sur Lyon !

Avis à tous les autres amateurs, lancez-vous sur la chimie, j'aurai grand plaisir à vous corriger !

Il y en a quand même bien quelques-uns qui vont passer le CAPES ou l'AGREG l'année prochaine ??

[Gwyddon]

Euh, je pars en vacances, pas définitivement
(Mode privé : j'ai eu 1/20 à l'oral de maths alors que j'avais fini l'exercice, erreur de report ou gros c** ? )
Sinon il y a de fortes chances pour que je passe l'agreg de physique dans 2 ans, donc tu auras de quoi faire avec moi


Bon revenons à nos moutons :

2°)

a) le tout gazeux je pense, à haute pression peut-être ?

b) Je dirais mais cela me semble très louche

c), d) : Là cela dépasse mes compétences, désolé

[invite19431173]

Sinon il y a de fortes chances pour que je passe l'agreg de physique dans 2 ans, donc tu auras de quoi faire avec moi

Chouette, un élève de plus à martyriser !

a) le tout gazeux je pense, à haute pression peut-être ?

L'équation est juste ! En fait, industriellement, les gazs passent à travers une toile de platine qui joue le rôle de catalyseur. La température est de l'ordre de 800 °C, le pression de 4 à 10 bars et la durée est voisine de la milliseconde.

b) Je dirais mais cela me semble très louche

Effectivement, on a un dioxygène "classique" doublement lié à un azote possédant un doublet non liant et un electron seul. Il s'agit donc d'un radical, et cette vue effectivement, n'est pas habituelle...

c), d) : Là cela dépasse mes compétences, désolé

Pas de soucis ! Alors come tu peux le voir d'après la formule, il y a un électron célibataire, ce qui est tout à fait en accord avec le paramagnétisme. Ce même électron fait que la molécule à tendance à la dimérisation : O=N-N=O

Pour le d), en fait, dans un cristallisoir, on indroduit du HNO₃ concentré et de la tournure de cuivre, ce qui va réduire HNO₃ en NO (gazeux) que l'on récupère à l'aide d'un entonnoire surmonté d'un tube à essai retourné.

Si tu as des question, n'hésites surtout pas !

[invite19431173]

PARTIE INDEPENDANTE DU RESTE

3°) Cinétique de formation du dioxyde d'azote NO₂

La vitesse de la réaction de formation du dioxyde d'azote

2 NO + O₂ <==> 2 NO₂

diminue lorsque la température augmente.
On admet le mécanisme d'après le tableau suivant :

2 NO -> (NO)₂-----rapide-------k₁
(NO)₂ -> 2 NO-----rapide-------k_-1
(NO)₂ + O₂ -> 2 NO₂---lente------k₂

où les différent k_i sont les constantes de vitesse des réactions.

On ne tient pas compte de la réaction inverse de la troisième réaction du tableau et on suppose que l'évolution est isochore.

a) Donner l'expression de la vitesse v de la réaction globale, sachant qu'elle est du premier ordre par rapport à (NO)₂ et O₂.

b) En supposant qu'à tout instant le dimère est en équilibre avec le monomère, donner l'expression de la concentration du dimère [(NO)₂] en fonction de la concentration en monoxyde d'azote et en oxygène.

c) En déduire une expression de la vitesse c de la réaction globale en fonction de la concentration en monoxyde d'azote et en dioxygène.

d) Quel est l'ordre global trouvé ?

e) sachant que le dimérisation du monoxyde d'azote est exothermique, comment peut-on expliquer le désaccord apparent avec la loi d'Arrhénius signalé au début de ce paragraphe ?

[invite5fdb8101]

ça fait très très longtemps que je n'ait pas fait de cinétique donc il y a de fortes chances que je me plante! enfin essayons.

a) v=k2 (NO2) (O2) (k2 étant petite cette partie de la réaction va imposer sa vitesse)

B)selon l'approximation de l'état quasi stationnaire k1<<k-1

d/dt(NO2)= 0

0=k1(NO)-K-1(NO2)-k2(NO2)(O2)
(NO2)=(-k-1-K2(O2))/(k1(NO))

c) on déduit de l'expression précédente :
v=(k2(-k-1-k2(O2)) /(k1(NO))

d)je ne vois pas

voilà la je sèche.

[invite19431173]

ça fait très très longtemps que je n'ait pas fait de cinétique donc il y a de fortes chances que je me plante! enfin essayons.

tout d'abord, permets moi d'insister sur le fait que tu peux demander ici des annales de CAPES, tu peux me demander plutôt de l'orga, plutôt de la cinétique, plutôt de la thermo, etc etc. Ou sans parler forcément d'annales, tu peux me demander tout simplement un exercice de tel ou tel type, fais toi plaisir !

De plus, si tu le désires, je peux lancer 2 ou 3 sujets d'annales différentes, mais vraiment si tu le désires, parce que j'aime pas gacher ! Et plus sérieusement, c'est long de répondre, mais je te laisse voir...

a) v=k2 (NO2) (O2) (k2 étant petite cette partie de la réaction va imposer sa vitesse)

La justification est la bonne, par contre j'ai peur que tu aies fait une faute de frappe :

B)selon l'approximation de l'état quasi stationnaire k1<<k-1

Perdu !

C'est

Partant de là, je pense que tu peux trouver b), et continuer avec les bonnes valeurs !

[invite5fdb8101]

alors b)
la première étape du mécanisme et un équilibre entre NO et (NO)2

v1=k1[(NO)]^2 et v-1=K-1[(NO)2]
donc v1=v-1 jusque là rien de neuf
k1[NO]^2=K-1[(NO)2]
on en déduit la vitesse : v= k2[(NO)2][O2]
v= K2 k1/k-1 [NO]^2[O2]

d) ordre global ß=2+1=3
e) là ça se corse un peu (j'ai eu un peu de mal!)
en règle générale la vitesse augmente mais il y a toujours l'excetion qui vient confirmer la règle!!! (c'est souvent comme ça en chimie ) (remarque c'est la loi d'Arrhénius qui nous dit cela k=Aexp(-Ea/RT) , T augmente, k diminue!)

revenons à notre réaction :
v=k2 (k1/k-1) [NO]^2[O2] avec K=k2/(K1/K-1)

la c'était vicieux il fallait remarquer que la constante thermodynamique de la réaction était égale a

k1/k-1=[(NO)2][NO]^2= ß (sinon ça va faire beaucoup de k )

on linéarise : ln(k)=ln(k2)+ln(ß) on différentie par rapport a T (température)

d/dt(lnk)=d/dt(lnk2)+d/dt(lnß)

d/dt(lnk)= Ea/(RT^2)+ (enthalpies de réaction)/(RT^2)
or cette réaction est exothermique cad enthalpie<0 donc quand T augmente k diminue et donc la vitesse de réaction diminue!!!!

voilà, voilà ça m'a permis de réviser un peu ma cinétique.
sinon benjy_star je ne dit pas non a des exos sur l'électromagnétisme (surtout électrostatique et magnétostatique) mais maintenant j'ai du boulot a ne savoir qu'en faire (capes oblige) donc je ne sais pas si j'aurais le temps de les faire donc ne t'occupe pas trop de moi si je tombe sur des exos qui m'interresse je les ferais, ocupe toi d'abord des autres.
amicalement julien.

[invite5fdb8101]

au fait j'oubliais quelqu'un pourrait me dire comment on écrit avec un formalisme mathématique? merci beaucoup.

[invite19431173]

Bravo à toi ! C'est une excellent démonstration.

En ce qui concerne l'électromagnétisme, ce n'est pas moi qui m'en occupe, mais j'aimerais aussi beaucoup !!

Pour le formalisme mathématique, il faut utiliser le "Latex", fais une petite recherche sur le forum test !

Si tu veux d'autres exercices "CAPES", il y en a un en thermo plus bas...

@+++++++++ !!

[TiphaineB.]

Bonjour, est-ce que vous pourriez m'expliquer pourquoi à cette question, la réponse est 81K ? C'est une valeur connue ou vous la déduisez de quelque chose ?

3°) Application: liquéfaction de l'air et distillation fractionnée de l'air liquide

a) On refroidit de l'air sous la pression atomsphérique. En admettant en première approximation que l'air est un mélange binaire de dioxygène et de diazote dans lequel le pourcentage en volume du dioxygène est de 21 % :

a1) Quelle sera la température de liquéfaction de l'air ?

Merci