Etude thermodynamique de l'équilibre de dissociation de l'ammoniac

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Exercice extrait d'un sujet de BTS proposé en 2001.

On étudie l'équilibre ;

1 ) Calculer l'enthalpie et l'entropie standard de la réaction à 298 K. Commenter les signes obtenus.

2 ) Calculer l'enthalpie libre standard de réaction à 298 K. Commenter le signe obtenu.

3) Le graphe 1, donné ci-dessous, est la représentation graphique de la courbe = f(T) pour une pression P de 1bar ; on constate que cette courbe coupe l'axe des abscisses en un point M d'abscisse TM = 458 K.

• Que représente cette température ?
• Dans quel intervalle de température, la dissociation de l'ammoniac est-elle favorisée ?

4 ) On donne la valeur, à 470 K, de l'enthalpie libre standard = -2,53 kJ.mol-1. Donner l'expression de la constante d'équilibre Kp relative aux pressions partielles. Calculer la valeur de Kp à 470 K.

5) On réalise à 470 K sous une pression totale constante P = 1,0 bar la dissociation d'une mole d'ammoniac.

On rappelle que l'avancement x de la réaction à un instant t est tel que ;

avec

Vérifier que la valeur de l'avancement x, à l'équilibre, est 0,36 mol.

6) On considère toujours la dissociation , à 470K d'une mole d'ammoniac ;sur le graphe 2 ci-dessous, sont données,

• la représentation graphique de la variation (à une constante près), sous une pression de 1 bar, de l'enthalpie libre du système G en fonction de x, (courbe 1)
• la représentation graphique de la variation , sous une pression de 1 bar, de l'enthalpie libre de réaction du système D_rG en fonction de x,(courbe 2)
• la représentation graphique de la variation (à une constante près), sous une pression de 5 bar, de l'enthalpie libre du système G en fonction de x,(courbe 3)
• la représentation graphique de la variation , sous une pression de 5 bar, de l'enthalpie libre de réaction du système D_rG en fonction de x,(courbe 4)

Expliquer comment les courbes 1 et 2 permettent de vérifier la valeur de l'avancement à l'équilibre donnée à la question 1.5.

Déterminer graphiquement l'avancement à l'équilibre pour T=470 K et P = 5 bar ; que peut-on en conclure sur l'effet d'une augmentation de la pression sur la dissociation de l'ammoniac ; ce résultat était-il prévisible ?

Graphe 1 ; courbe = f(T).

Graphe 2.

Début de l'exercice