Thermochimie-exercice

[valocheBrioche]

Bonjour la communauté!

Mon topic est à cheval entre la chimie et la physique donc .. Je fais les deux au cas où

J'ai emprunté un livre de thermochimie pour réviser mes partiels (et oui j'y ais droit) qui s'intitule THERMODYNAMIQUE CHIMIE ET ELECTROCHIMIE éditions DUNOD.

J'ai commencé à faire les exercices corrigés (mais non résolus) et il y en a quelques uns sur lesquels je bloque.

Je vous mets l'énoncé ci-dessous : (pas besoin de votre aide pour la question 1)

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Deux récipients R et R', de même volume V=1 litre, sont remplis d'air sec à t=20°C. Ils sont reliés par un tube long et fin muni d'un robinet r.

1) Ayant fermé r, on introduit 50 mg d'eau dans R. Calculer la masse d'eau liquide dans R.
2) On porte R' à 5°C, on ouvre le robinet, on attend que l'équilibre s'établisse et on referme r. Quelle est la masse d'eau dans R et quel est son état?

3) r étant fermé, on laisse R' revenir à la température t =20°C, calculer la masse d'eau liquide m qui se trouve dans R'.

pression de vapeur saturante de l'eau à 20°C : Pv=2320 Pa

pression de vapeur saturante de l'eau à 5°C : Pv = 867 Pa
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Ainsi, j'ai essayé plusieurs "directions" en vain (y compris sur internet), sans trouver la solution. Est-ce que vous pourriez me donner une indication ..?

Par exemple, pour la question 2, je ne sais pas comment traduire l'état d'équilibre. Etant donné qu'il y a à la fois de l'air, de l'eau liquide et de la vapeur d'eau, je ne sais pas comment m'y prendre. Je suis perdue par tous les paramètres à prendre en compte..

Pour la question 3 c'est pareil, je n'ai pas réussi à aboutir au résultat.

Merci d'avance !

ValochelaBrioche
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[jeanne08]

Lorsque l'on ouvre le robinet r entre R et R' avec R à 20°C et R 'à 5°C beaucoup d'eau va passer dans R' : en effet la pression de vapeur dans les deux récipients ne pourra valoir que 867Pa , il y aura de l'eau liquide dans R' en équilibre avec la vapeur et dans R, qui reste à 20°C, on a de la vapeur sèche à 867 Pa ( ~7 mg d'eau) et pas de liquide.
R' revenant à 20°C une partie de l'eau liquide de R' va se vaporiser ... P=2320 Pa ...

[valocheBrioche]

Tout d'abord, merci pour votre réponse.$

Je ne comprends pas, comment sait-on que la pression sera de 867 Pa pour les deux récipients, pourquoi pas 2320 ou autre chose?

Et pareil, je ne vois absolument pas comment déterminer les masses respectives en eau dans chaque récipient. Je crois que j'ai vraiment besoin d'être guidée.. (Je pense par ailleurs qu'il y a là un truc, un concept de la thermochimie que je n'ai pas capté, il y a un truc qui bloque, qui me manque pour comprendre cet exercice, mais je ne sais pas quoi. J'ai pourtant révisé le chapitre correspondant à cet exercice.. J'ai l'impression que c'est lié à la notion d'équilibre chimique, équilibre thermodynamique)

Merci d'avance

[jeanne08]

- si on n'a pas de précisions supplémentaires on considère que les gaz sont parfaits : PV = nRT ( on fait attention aux unités ) . Donc ici on considère que la vapeur d'eau est un gaz parfait .
- on fait , sauf précision contraire de l'énoncé, l'hypothèse que le volume des liquides ( et des solides) est nul et que seuls les volumes de gaz sont à considérer.
- lorsqu'on a l'équilibre eau liquide = eau gaz la vapeur est saturante et sa pression est Psat qui ne dépend que de T . On trace d'ailleurs , dans le diagramme de l'eau ( corps pur) la courbe P(equilibre) = f(T) qui part du point triple et va jusqu'au point critique , en passant pour l'eau, par le point T = 373K et Peq = 1 bar
- la pression n'est JAMAIS PLUS GRANDE QUE Psat ( à T donnée ) . Si on ramène de l'eau la quantité de liquide est plus grande mais la pression de vapeur ne DEPASSE pas Psat .
- mais on peut avoir de l'eau gazeuse seule, en l'absence de liquide ( on dit qu'on a une vapeur sèche ) et P < Psat

Pour en revenir à ton exo :
1) tu fais l'hypothèse qu'il y a du liquide donc P = Psat à 20°C , tu calcules le nombre de mol de gaz , la masse d'eau gazeuse ... elle est plus faible que 50 mg donc il y a du liquide ... OK !
2) l'eau vapeur va aller dans les deux récipients quand le robinet est ouvert et bien entendu , à la fin, il n'y a qu'une pression possible dans l'ensemble et on peut supposer qu'il y a du liquide quelque part !
-- hypothèse P =2320 Pa mais alors on a une pression impossible à 5°C ( Peau n'est jamais plus grande que Psat ! ) donc hypothèse fausse
-- donc P = 867 Pa donc vapeur sèche dans le récipient à 20°C et saturante dans celui à 5°C dans lequel il y a de l'eau liquide ... bref les 50 mg d'eau sont dans 1L de gaz à 867 Pa à 20°C et dans 1L de gaz à 5°C ... le reste est liquide à 5°C

Que s'est il passé : quand on a ouvert le robinet l'eau gaz du premier récipient s'est répandue , il s'est vaporisé de l'eau liquide dans le premier , arrivée dans le second il y a surpression ( P trop grande de pour 5°C ) et donc il se condense de l'eau ...quand il n'y a plus de liquide dans le premier récipient à 20°C on a alors une vapeur sèche et la pression va s'uniformiser par formation d'eau liquide à 5°C .

3) Du liquide va se vaporiser dans R' et on atteindra ( à voir quand même car je ne fais pas les calculs) 2320 Pa ...

Je crois qu'il faut que tu révises tout ce qui concerne l'équilibre ou le non équilibre liquide=vapeur , diagramme du corps pur , notion de vapeur saturante et sèche ...
cet exo n'est pas une exo élémentaire !

[A voir en vidéo sur Futura]