[PDF] Thermodynamique et chimie de solution. Exercices.

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Université Hassiba Benbouali - Chlef (UHBC).

Faculté des sciences de la nature et de la vie. Département du Tronc Commun sciences de la nature et de la vie.

1ère année, Chimie 2.

Thermodynamique et chimie de solution.

Exercices.

K. KRADRA BRAHMA

Année universitaire 2019/2020.

1

Série N° 01 : Thermodynamique

Exercice N° 1 :

Pour chacun des systèmes définis ci-

bout dans une casserole ;

Un moteur à explosion en fonctionnement ;

Une réaction chimique réalisée dans un calorimètre ;

Un réfrigérateur en fonctionnement.

Exercice N° 2 :

Soit une mole de O2 sous la pression P=1atm et température T= 27°C. Dans ces conditions, le gaz est pratiquement parfait ;

1. Quel est le volume occupé ?

2. Calculer le volume de ce gaz à une pression de 12 atm et sous la même température.

3. ue de 560 K sous la même pression. Quel est le

volume de ce gaz ? 4.

27 °C.

Exercice N° 3 :

1. Un récipient (A) de volume VAA=15°C sous une pression, PA=72

cmHg. Un autre récipient (B) de volume VBB=20 °C sous une

pression PB=45atm. On réunit (A) et (B) par un tuyau de volume négligeable et on laisse

e un gaz parfait de masse molaire M=29

2. 3,062g de gaz occupe un volume de 1,224 l à 10°C et à la pression de 2 atm. Sous quelle

pression 0,436g du même gaz occuperont-ils un volume de 300 ml, la température étant de 25°C ?

Exercice N° 4 :

Le mélange qui se compose de 0,15 g de H2, de 0,7 g de N2 et de 0,34 g de NH3 à une pression totale de 1 atm à la même température de 27 C°, calculer :

1. La fraction molaire (xi) de chaque gaz.

2

2. La pression partielle (Pi) de chaque gaz.

3. Le volume total du mélange.

Exercice N° 5 :

1. mélangeant un volume V1 1= 70°C et un volume V2

froide de à la température initiale T2= 15°C. Déterminer V1 et V2 en supposant négligeables toutes

les fuites thermiques lors du mélange.

2. On sort un bloc de plomb de masse m1 2 = 98°C. On le

plonge dans un calorimètre de capacité thermique Ccal =209 J/K contenant une masse m2 = 350g 1= 16 thermique Teq=17,7°C. Déterminer la chaleur massique du plomb.

3. ȝ1

initiale T1= 50°C. On y place un glaçon de masse m2 = 160g sortant du congélateur à la

température T2= - du système (température finale).

Exercice N° 6 :

1. ȝ

Calculer la température finale du calorimètre.

2. Dans un calorimètre (capacité calorifique C= 200J/K), on mélange 0,1 l de solution de soude à

43°C (température finale température initiale) lors de la réaction. Calculer la masse des réactifs,

e libérée par mole de réactif. On fournit 36450 cal pour transformer 50g de glace à -

Calculer la chaleur latente de

Données (pour les exercices 2 et 3) :

la chaleur latente de fusion de la glace : Lf =80 cal/g =334 KJ/Kg ; : cp =1 cal/g.K =4180 J/Kg.K ; la chaleur massique de la glace : cp.g =0,5 cal/g.K =2090 J/Kg.K ;

MNaOH = 40 g/mole ; MHCl = 36,5 g/mole.

3

Série N° 02 : Equilibre acido-basique

Exercice N° 1 :

Définir les notions suivantes :

Le nombre de mole, le volume molaire, la solution, le solvant, le soluté, la concentration, la molarité, la molalité, la normalité, la dilution.

Exercice N° 2 :

Quelle est la masse pesée pour préparer 100ml de solution de chlorure de sodium (NaOH) de 0,1 mole/L. Le HCl est commercialisé en solution à 37%. Sachant que la densité de cette solution est de d = 1,19 et que la masse molaire de HCl est 36,5 g/mol, quel volume de cette solution faut-il prélever pour préparer 100ml de solution d'acide chlorhydrique à 0,1 mole/L.

Exercice N° 3 :

A 10 cm3 HA égal à 6,2 on ajoute 10 cm3

Quelle sont les espèces en solution et leurs concentrations lorsque les pKa de la base sont respectivement égaux à : PkaB1 = 6,5 ; PkaB2 = 7,9 ; PkaB3 = 9,2.

Exercice N° 4 :

Le pH du sang est égal à 7,4. Calculer, à ce pH, les pourcentages de formes ionisée et comporte comme une base faible monovalente.

Exercice N° 5 :

.&HW.D ions H+ (H3O+ion aqueuse de cet acide et celle du pH. -5). 4

Exercice N° 6 :

Calculer

de potassium : K3PO4).

Exercice N° 7 :

A 20 cm3

cm3 -3,5 M, calculer le pKa de la base B. (pKaHA=5).

Série N° 03 : Equilibre oxydoréduction

Exercice N° 1 :

2O2. Le peroxyde

2(g)/H2O2(aq). Les ions permanganate

MnO4 participent au couple oxydant réducteur MnO4(aq)/Mn2+(aq). 1) le sens direct.

2) raisonnement.

3) 4]0 = 2,0·102 mol·L1. Dans

0 = 10,0 mL

Déterminer la concentration m

Exercice N° 2 :

Une électrode de cuivre plonge dans une solution de nitrate cuivrique trihydraté 0, (solutionA),

Cu2+/ Cu : E° = + 0,34 V.

a. tenir compte de la force ionique. b. 5 c. M

Exercice N° 3 :

Connaissant le potentiel standard du système Mn7+/ Mn2+ : E° = + 1,50 V. a. Calculer le potentiel standard apparent de ce système à pH = 3 ; pH = 4 et pH = 7, en

MnO4] = [Mn2+] = 1M)

b. Quelle conclusion peut-on tirer de la comparaison des résultats ?

Exercice N° 4 :

A 10 cm3 3+/ Fe2+ : E0 = + 0,77 V) (solution A) on ajoute

4+/ Sn2+ : E0 = + 0,15 V).

a. chimique de la réaction. b. c.

Exercice N° 5 :

On dispose de deux solutions :

- Une solution A contenant à la fois du permanganate de potassium à la concentration 0,2 M et des ions manganèse (Mn2+) à la concentration 2.10-4 M. (Mn7+/ Mn2+ : E°1 = + 1,50 V)

- Une solution B contenant à la fois du brome à la concentration 2.10-4 M et des bromures à la

concentration 0,2 M. (Br2/ Br - : E°2 = + 1,09 V) On mélange à parties égales la solution A et la solution B.

Au-dessus de quelle valeur du pH mélange, les bromures ne sont plus oxydés par le

permanganate ? Série N°04 : Equilibre de précipitation_Solubilité et produit de solubilité

Exercice N° 1 :

On répartit dans 3 béchers une solution saturée de perchlorate de potassium (KClO4). a) Dans le premier, on ajoute un peu de solution aqueuse de acide perchlorique (HClO4). b) Dans le deuxième, on verse un peu de solution de chlorure de potassium (KCl). c) Dans le troisième, on met un peu de solution de nitrate d'ammonium (NH4NO3). 6

Prévoir ce qui va se passer dans ces 3 béchers et expliquer les réponses. Donner les noms de tous

les corps.

Exercice N° 2 :

On titre 45 cm3

0,1 M (pks = 28).

Exercice N° 3 :

; M = 74 g/mol) dans des solutions aqueuses maintenues à pH = 12,8 et à pH = 13.

Exercice N° 4 :

Connaissant le produit de solubilité (Ks=1,6.10-8) et les masses molaires (MPb= 207,2 g.mol-1 ; MS

= 32 g.mol-1 ; MO = 16 g.mol-1) du sulfate de plomb, a. Calculer la solubilité s de sulfate de plomb dans l'eau, exprimée en moL/L et en mg/L. b. Calculer la solubilité s1 dans une solution décimolaire de nitrate de plomb. c. Calculer la solubilité s2 dans une solution à 0,001 mol.L-1 de sulfate de sodium.

Exercice N° 5 :

On considère une solution aqueuse contenant du zinc à la concentration 0,001 M et du cadmium à

variations de volume on demande :

a. A quels pH se situent les débuts de précipitation respectifs des hydroxydes de ces deux

métaux ?

b. Quels sont les pH respectifs de fin de précipitation de chacun des deux hydroxydes

métalliques correspondants ? ([Cd2+] = [Zn2+] = 10-6 M )

On considère que la précipitation est terminée quand que la concentration en métal ionisé est

mille fois plus petite que la concentration initiale. c. Peut-on séparer le zinc du cadmium par précipitation sélective des hydroxydes ? (Zn(OH)2 : pKs = 16,4 ; Cd(OH)2 : pKs = 14)

Exercice N° 6 :

Deux solutions de Zn(OH)2 et Al(OH)3. Dans laquelle la concentration en ions OH est-elle

la plus élevée ? (Zn(OH)2 : Ks = 7,7·10-17 mol3·L-3 ; Al(OH)3 : Ks = 3,0.10-34 mol4·L-4).

7

Série N°5 : Cinétique chimique

Exercice N° 1 :

On considère la :

HbO2 ĺ2

9.10-3

a. Déterminer la constante de vitesse k de cette réaction et le temps de demi-réaction t1/2.

b. -3 secondes.

Exercice N° 2 :

On étudié à 25 °C, la réaction de saponification suivante : CH3COOC2H5 + NaOH ĺ CH3COONa + C2H5OH

0 = 0,01 mol/L)

t (secondes) 0 180 240 300 360

Concentration de

x (mol/L) 0 2,6.10-3 3,17.10-3 3,66.10-3 43,11.10-3 a. Monter à partir des données numériques, ci- b. Calculer : - Le temps de demi-réaction ; - La vitesse initiale de la réaction ; - La vitesse au temps t = t1/2.

Exercice N° 3 :

N2O5 ĺ2 + ½ O2

La variation de ln[N2O5] en fonction du temps est représentée sur le graphe ci-dessous : 8 a. la réaction ? b. Déduire graphiquement la constante k, t1/2 et la concentration initiale de N2O5. c. Quelle est la vitesse de cette réaction au temps de demi-réaction ? d. 0,0000,0010,0020,0030,004 -2 -1 0 1 2 Ln (N 2O

5) mol/L

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