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10 juil 2013 · Le diagramme de changement d'état de l'hélium (gaz Pour l'ammoniac, NH3, les équations des courbes de sublimation et de vaporisation

où PS est la pression d'équilibre solide-gaz, PV est la pression de vapeur saturante, L'allure du diagramme de changement d'état de l'ammoniac est alors :

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10 juil 2013 · Le diagramme de changement d'état de l'hélium (gaz Pour l'ammoniac, NH3, les équations des courbes de sublimation et de vaporisation

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Diagramme d'état Les équations des courbes de sublimation et de vaporisation de l'ammoniac vérifient les lois empiriques suivantes : Pour la sublimation : Ln(

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de l'ammoniac : T= 195 4K p=6 103 Pa de l'ammoniac T=405 4K p=113 105 Pa Ainsi le diagramme p,T ne sera pas utile pour suivre le changement d'état

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dans l'évaporateur servant à refroidir une chambre froide Questions : 1° question : Placer sur le diagramme enthalpique de l'ammoniac ci-joint les états 1, 2,

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d'ébullition du sodium liquide, sa chaleur de vaporisation et sa variation d' entropie Diagramme de phases de l'ammoniac d) Sous quel état physique NH 3

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Du fait de cette brusque dépressurisation, la phase liquide du rejet se trouve dans un état surchauffé et il se produit presque instantanément une vaporisation d'

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2-1- Tracer le cycle (en l'orientant) de l'ammoniac sur le diagramme entropique Trouver graphiq pérature TB à la sortie du compresseur 2-2- Déterminer (

1Exercices du chapitre 1 Les changements d'état du corps pur : transformations physiques et diagrammes d'état du corps pur Exercice 1. Un exemple de mélange : la Vodka LaVodkacorrespondàunmélangeeau-éthanolà44,7°,cequiveutdireque1LdeVodkarenferme447mLd'alcool(éthanol).CalculerlacompositionmassiquedelaVodka.Calculerlesfractionsmolairesdel'eauetdel'alcooldanslaVodka.Données : MH2O=18g.mol-1;Malcool=MCH3CH2OH=46g.mol-1;densitédel'éthanol:d=0,794.Exercice 2. Autour des gaz parfaits Poursimulerl'atmosphèred'uneplanète,unmélangedegazestutilisé:ilestconstituéde320mgdeméthaneCH4(MCH4=16g.mol-1),175mgd'argonAr(MAr=40g.mol-1)et225mgdediazote(MN2=28g.mol-1).Lapressionpartielledudiazoteest15,2kPaà300K.Calculerlevolumedumélange,lapressiontotaleainsiqueladensitédumélange.Exercice 3. Le diagr amme de changement d'état de l'hélium (gaz rare de la 18ème colonne de la classification périodique des éléments). La liquéfaction de l'hélium : " Cet essai effleurait les limites du possible. Il a commencé à 6heures du matin et était terminé à 9heures 30 du soir. A 6h30 du soir, quand nous avons vu pour la première fois l'hélium liquéfié, chacun de nous était à bout de forces .... Quand ce liquide presque immatériel s'est montré, ce fut un spectacle merveilleux. No us ne nous en s ommes pa s aperçus dès le début ; no us n'avons constaté sa présence qu'au moment où le verre se remplissait. Sa surface se détachait du verre comme un couteau".Danslecours,voustrouvezlediagrammeducorpspurdel'hélium:

2 1) Quelestl'étatphysiquedel'héliumdansunballondefêteforainegonfléà1,2bar?2) Quelestl'intérêtd'untelballongonfléàl'hélium?3) Quesepas se-t-ilsion comprimep rogressiv ementleballonprécé dent,àtempératureconstante?Pe ut-onobserv erlaliquéfactiondel'hé lium?Sa solidification?4) L'héliumsolideetl'héliumgazeuxpeuvent-ilsêtreenéquilibre?5) Quelleestlaparticularitédelaligneλdudiagramme?6) Del'héliumestrefroidiprogressivementsouslapressionconstantede1bar.Décrirelesphénomènesobservéssuccessifs.Aproposdelaliquéfactiondel'hélium Source:https://www.bibnum.education.fr/physique/thermodynamique/l-helium-liquide

3" L'expérience a commencé le 10 juillet à 5h45 du matin (...) À 4h20, l'hélium commençait à circuler. À 7h30, l'hélium liquide est observé pour la première fois » Dès1901,JamesDewars'attaqueauderniergazatmosphériquejamaisliquéfié,l'hélium,maisiléchoue,cegazsemblantimpossibleàliquéfier.HeikeKamerlinghOnnescommencedès1882lacourseaufroidàl'universitédeLeydeauxPays-Bas.Pourliquéfierl'hélium,OnnesutiliseleprincipedeJoule-Thomson(ouJoule-Kelvin)quiconsisteàfairesubiràungazunetrèsfortedétenteadiabatique,c'est-à-direabaisserlapressionsubitementsanséchangedechaleuravecl'extérieur.OnnesutiliseuncompresseurdeCailletetqu'ilalui-mêmemodifiépourcompresserl'héliuminitialementàtempératureambianteetpressionatmosphérique(pointA),afind'obtenirdespressionsd'environ100bar(pointB).L'héliumàhautepressionsubitensuiteunesuccessionderefroidissementsencascade:ilesttoutd'abordrefroidiavecdel'airliquide,puisavecdudihydrogèneliquidejusqu'àenviron15K(pointC).Unefoisleliquideobtenu,leliquideetlegazcohabitentdanslamêmeenceinte,ilssontalorsenéquilibrethermodynamique.Lemélangesesituesur"lalignedesaturationgaz/liquidedanslediagrammedephase».S'iln'yapasd'échangedechaleuravecl'extérieur,cetéquilibreestconservé,doncsilapressiondel'enceintediminue,alorslemélangegaz/liquidedoit"suivre»lalignedesaturation,cequiapoureffetdediminuerlatempérature.Sicettepressionbaissesuffisamment,ondoitatteindrelepointtriple.Onness'étonnedenepasêtrearrivéaupointtripledel'héliummaispensequ'ilestsimplementplusloinqueprévu:"L'héliumnes'estpassolidifiélorsquelapressiondevapeuraétédiminuée.Lacommunicationaveclagrandepompeàviden'étaitpasassezbonnecettefois,maisilestcertainquejesuisalléjusqu'à1cm,peutêtremêmejusqu' à7mm.Leliquide,àcett etempérat ure,éta itencoreextrêmementmobile. S'il secomportaitconnelepentaneilnedeviendraitsolidequevers1°K.».Onnesditavoirpompéàl'aided'unepompeàv idejusqu'àunep ression de10mm,voir e7mm(demercure). Cecicorrespondàdespressionsde13,3mbaret9,3mbar,soitdestempératureséquivalentespourunéquilibreliquide/gazde1,74Ket1,65K.Ilpensaitlégitimementatteindrelepointtripledel'héliumendescendantencoreentempérature...

4Exercice 4. Le diagramme de phases du carbone Onconsidèreducarbonesousunepressionde0,1GPa(soit103bar)etàlatempératurede3000K.Lediagrammed'étatducarboneestreprésentéci-dessous:1) Décrirecequel'onobserveetl'évolutiondelatempérature(ungraphiqueestattendu)sionluiapportedel'énergiethermiqueprogressivement,souspressionconstantede0,1GPa.2) S'ilyaune(oudes)transformation(s),diresielleestphysiqueouchimiqueetécrirel'équationdelaréactionquilamodélise.3) Donnerunepression etunetempératurepourlaquelleonpourr aitespérersynthétiserdudiamant.4) Lediamantexistedanslesconditionsnormalesdetempératureetdepression,etestmêmequalifié"d'éternel»parlespublicitésdejoaillerie.Commenter.Exercice 5. Autour de l'ammoniac Pourl'ammoniac, NH3,lesé quationsdescourbesde sublimationetdevaporisatio nvérifientlesloisempiriquessuivantes: (A):Sublimation:ln(!! !°)=23,03-!"#$!(B):Vaporisation:ln(!! !°)=19,46-!"#!!oùPSestlapressiond'équilibresolide-gaz,PVestlapressiondevapeursaturante,P°=1baretTestlatempératureenK.

51) Déterminerlescoordonnéesdupointtripledel'ammoniacenPaetK.2) Traceralorslediagrammedephasesdel'ammoniacsachantqueparailleurslescoordonnéesdupointcritiquedeNH3sont:TC=132,25°CetPC=113,33bar(source:https://encyclopedia.airliquide.com/fr/ammoniac)3) D'aprèslafichedesécuritédeSigma-Aldrichrelativeàl'ammoniac,lapressiondevapeursaturantedel'ammoniacvaut:6,402hPaà15,50°C8,866hPaà21°CRetrouvercesvaleursàpartirdeséquationsinitiales(A)et(B)initiales.Exercice 6. Etude d'un mélange de gaz parfaits Mélangeinitialpourl'ensembledes2expériences:UnmélangegazeuxestconstituédediazoteN2etdedioxygèneO2,lacompositiondecemélangeestinconnue.LapressiondumélangegazeuxestégaleàP0=385.105Papourunetempératuredeθ0=25°C.Lesystèmeestfermé.(R=8,314J.K-1.mol-1)Expérience1:lemélangedegazestrefroidijusqu'àunetempératuredeθ1=10°Càvolumeconstant.1) Déterminerlanouvellepression(P1)dugaz.2) Quelleestlaquantitédematièretotaledegazsilevolumeestde10L?Expérience2:grâceàuneréactionadaptée,latotalitédudioxygèneestenlevéedumélange,alorsque lediazote demeurein altéré.Onme sureune nouvellepression P'=250.105Pa.Onrapp ellequelemélangeinitial étaitcelui décrit autoutdébutdel'exercice).3) Calculerlafractionmolaireendiazoteetendioxygènedanslemélangeinitial.Exercice 7. Vapeur sèche, vapeur saturante 1) RappelerladéfinitiondelapressiondevapeursaturanteàlatempératureT.Onappelle"vapeursèche»lavapeurquirègneenl'absencedetoutephaseliquide.Onintroduitunemassem=4g d'eau(M=18g.mol-1)dansunrécipientdevolumeV=10Linitialementvideetonleporteàlatempératuret1=80°C.Données:

6pressiondevapeursaturantedel'eau:Psat(80°C)=0,466bar,Psat(100°C)=1bar2) Montrerquelavapeurd'eauestsaturante,c'estàdirequelapressiondel'eauestégaleà0,466bar.Toutel'eauest-ellepasséeenphasevapeur?Sicen'estpaslecas,quellemassed'eauestrestéeliquide?3) Onportelerécipientàlatempératuret2=100°C.Quelleestlanaturedunouvelétatd'équilibre?QuelleestlapressionP2?Exercice 8. La glisse du patineur... Observonsunpatineursurlaglace...Cepatineurglissesansêtrefreinépardesforcesdefrottement.Celapeuts'interpréterendisantquelepatineurglisseenfaitsurunemincecouched'eauliquide.Interprétercetteobservationenvousaidantdudiagrammedechangementd'étatdel'eau. Exercice 9. Allons faire un tour dans la buanderie Noussommesdansnotrebuanderie(T≈de20°C)dedimensions3x4x2,5≈30m3,uneflaqued'eaud'1Lrègneparterre.Letauxd'humiditéinitialdelabuanderieestde60%,celasignifiequelapressiondelavapeurd'eauestégaleà60%delapressiondevapeursaturantedel'eau.1) Indiquezsurlediagrammeci-dessouslapressiondelavapeursaturantedel'eau.(Onprendra23mbarparlasuite).C'ESTDEJAINDIQUÉ

72) Démontrezquel'onauneflaqued'eaudevolume0,8Lquisubsisteradanslabuanderie(onassimileralavapeurd'eauàungazparfaitquisuitdonclarelationPV=nRTavecR≈8,314J.K-1.mol-1etonutiliseralefaitquelamassemolairedel'eauestde18g/mol).Exercice 10. Grande volatilité de " l'éther » Laconstantedesgazparfaitsvaut:�� = 8,31 J⋅mol-1⋅K-1. Tous les gaz seront assimilés à des gaz parfaits. Onadmetquel'airestconstituéapproximativementde20%dedioxygèneetde80%dediazote. L'étherdediéthyle,pa rfoissi mplementappelé"éther»,est unsol vantorganique courammentutiliséaulabora toiredechimie,notamment dansles synthèsesmagnésiennes. I)L'étherdediéthyle Ilseprésentesousformed'unliquidetrèsvolatilettrèsinflammable,cequiconstituesonprincipaldanger. Surlesbouteillesd'éther,onpeuteneffettrouver,entreautres,lepictogrammeci-contreetlaphraseci-dessous:H224:Liquideetvapeursextrêmementinflammables

8 Laformulemoléculairedel'étherestC2H5OC2H5, quel'onpourranoterplussimplementE. Onfournitquelquesdonnéesconcernantcecomposé:• samassemolaire:�� = 74,12 g⋅mol-1;• sadensitéà20°C:��=0,714 ; • sonpointcritique:��=36,4 bar ; �� =194°C ; • sonpointtriple:��= 0,5 Pa ; �� = - 116°C ; • satempératuredefusion:�� = -116°C (sous�� = ��° = 1 bar) Conservationdel'étherdansunebouteillehermétique • Onconsidèreunebouteilledevolume�� = 1,000 L, dontlebouchonestmunid'uncapteurdepression(manomètre). • Onremplit labouteilleavec500 mL d'éther,puisonrefermehe rmétiquementlebouchon.Enraisondel'aircontenudanslabouteille,lemanomètreindiqueinitialementlapre ssion��0 = 1,01 bar , quiestla pressionatmo sphériqu e.Latempératuredulaboratoireestde�� = 20°C. • Alaveilledesdernièresvacances,labouteilleestalorsentreposéedansleplacarddédiédulaboratoire,àlatempératureconstantede�� = 20°C. Aprèsquelquesheures,lemanomètresefixeàlavaleur�� = 1,60 bar. • Labouteil lerestedanslepl acard,pendantvacancesd'été, oùunecaniculeparticulièrementintenses'installe(cen'étaitpascetété2015).Latempératuredanslelaboratoireestmontéealorsjusqu'à��′ = 35°C !Onaconstatéalorsdanscesconditionsquelemanomètreindiquait��′ = 2,08 bar. 1)Calculerlesquantitésdematière,enmoles,dedioxygèneetdediazotecontenuesdanslabouteillelorsqu'onvientjustederefermerlebouchon,lorsquelemanomètreindique��0 = 1,01 bar. 2)Pourquelleraisonlapressionaugmente-t-elleprogressivementdanslabouteille,pourfinalementsefixeràlavaleur�� = 1,60 bar ?Latransformationquis'estproduiteest-ellephysique,chimiqueounucléaire?Écrirel'équationdelaréactionquilamodélise.3)Calculerlaquantitédematièred'étherdanslaphasegazeuselorsquelemanomètreindique�� = 1,60 bar. Onsupposera,etonvérifiera,quelesvolumesdesphasesliquideetgazeusesontrestésquasiinchangés. 4)Déterminerlapressiondevapeurdel'étherà�� = 20°C. 5)Déterminerlapressiondevapeurdel'étherà��′ = 35°C. Onconsidéreraànouveauquelevolumedesphasesn'apasnotablementvariédanslabouteilleportéeàcettetempérature.

96)Lapressi onatmosphériquedanslela boratoireétanttoujoursde��0 = 1,01 bar pendantlacanicule,queva-t-ilsepassersionouvrelabouteilleàcemoment-là?7)Expliquerpourquoiilfauttoujoursconserverlesflaconsd'étherdansdeslocauxbienventilés.

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[PDF] Exercice 5 Autour de lammoniac