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Chimie équilibres

Posté par
Tot 31-12-16 à 08:24

***Bonjour***

Dans un réacteur de 2 litres à 250°C se trouve un mélange gazeux de tri chlorure de phosphore et d'argon (gaz inerte qui ne réagit pas) sous une pression totale de 1,5 atm . On introduit ensuite du chlore jusqu'à ce que la pression totale dans le réacteur soit égale à 2 atm. On voit que la pression baisse puis se stabilise à 1,84 atm.
On trouve dans une table qu'à 250°C la constante d'équilibre de la réaction est de 1,80

réaction : PCl5(g) ->PCl3(g) + PCl2(g)

On me demande:

a) déterminez la composition (fractions molaires) du mélange gazeux à l'équilibre

Ensuite on injecte au système à l'équilibre de l'argon jusqu'à ce que la pression dans le réacteur (toujours à 250°C) redevienne égale à 2,00 atm

b)la pression partielle du penta chlore de phosphore va t-elle évoluer?
Si oui calculez la pression partielle
Si non, justifiez

Pour terminer, à l'aide d'un piston et toujours à 250°C on double le volume du réacteur
Le dispositif d'injection d'argon est réglé afin que la pression finale dans le réacteur reste égale à 2 atm

c) quel est le nombre de mol d'argon dans le réacteur une fois le système stabilisé?
d) Quelle est la proportion molaire du chlore initialement introduit dans le réacteur qui a été transformé après que le volume du réacteur ait été doublé et que le système se soit stabilisé?

Merci encore

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 31-12-16 à 11:49

Bonjour
Je crois que maintenant tu es capable de faire pas mal de choses seul. A quels résultats arrives-tu ?
PS : Tu parles de constante d'équilibre : il s'agit bien de la constante thermodynamique K ? Je pense que oui car, s'il s'agissait de Kp, l'énoncé préciserait l'unité...

Posté par
Totre : Chimie équilibres 31-12-16 à 12:30

Merci pour votre attention

Pour K c'est la constante d'équilibre : p PCl3 x p PCl2/pPCl5

J'ai déjà essayé pendant pas mal de temps hier en attendant d'avoir l'aide pour l'exercice précédent mais franchement et sans mauvaise volonté de ma part, j'ai vraiment besoin d'aide car j'y vois pas clair

Un tout grand merci

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 31-12-16 à 12:54

Il s'agit donc de Kp ! Quelle est son unité ? L'atmosphère  je suppose ...

Posté par
Totre : Chimie équilibres 31-12-16 à 13:57

moi j'ai pas d'unité pour Kp mais peut-être que j'ai mal regardé mon cours.

Moi j'ai jamais mis d'unité pour Kp lors de mes exercices est-ce faux?

merci pour votre attention

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 31-12-16 à 14:27

Je n'ai pas à savoir d'où tu tires ton cours mais je pense qu'il mériterait de sérieuses mises à jour...
Reprends l'expression de Kp : tu vois bien qu'elle a la dimension d'une pression. Le problème avec cette constante, c'est que l'unité dépend des coefficients stœchiométriques. Imagine par exemple la réaction :
2A(gaz) + B(gaz) = C(gaz)
Kp serait homogène à l'inverse du carré d'une pression et pourrait avoir pour unité : atm-2...
Ici, pour la partie a), tu as un problème avec 4 inconnues. Il te faut donc quatre équations indépendantes...
Quelques indications :
les gaz sont assimilés à des gaz parfaits
l'argon ne réagit pas
La quantité introduite de CL2 s'obtient facilement...

Posté par
Totre : Chimie équilibres 08-01-17 à 09:58

Bonjour,

Après un temps de pause par rapport à a chimie car j'ai du étudier d'autres matières, je reviens vers vous pour tenter de résoudre cet exercice. Il m'en restera ensuite 3 autres pour lesquels je calle encore vraiment

J'ai un peu avancé je crois.

J'ai fais un tableau d'avancement:

                 PCl5            PCl3                      Cl2                           ptot

                  0                     1,5                         0                               1,5

                                                                        +0,5
               +x                    -x                          -x                                 2

éq.        0,16              (1,5-0,16)           (0,5-0,16)               1,84
                                         1,34                         0,34  


1,84= x+1,50-x+0,50-x=0,16


xPCl5= 0,16/1,84= 0,0869
x Cl2= 0,34/1,84=0,1848

pour trouver la p de PCl3: Kp= 1,80= x 0,34/0,16
on tire x= 0,84705

x PCl3= 0,84705/1,84= 0,4604

Maintenant pour trouver x Argon j'ai fait: 1-(0,0869-0,1848-0,4604)= 0,8679

pour le point b) je pense que la pression partielle du PCl5 ne va pas changer mais j'aimerais bien une explication pas exacte

Pour le point c) j'ai fait un tableau d'avancement en diminuant les pressions par 2 car le volume a été multiplié par 2

           PCl5                 PCl3                              Cl2

          0,08                  0,84705/2                  0,34/2

mais après je ne sais plus comment faire

Comme on augmente le volume la réaction va se faire préférentiellement dans le sens indirect (vers PCl5)
Est-ce que ceci est correct:


Kp= 1,80= (0,4352-x) (0,17-x)/(0,08+x)

je suis pas certaine du tout

Pourriez-vous m'aider?

Merci d'avance


                                  

  

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 08-01-17 à 14:38

Je trouve que tu progresses car cet exercice me parait assez difficile et piégeant...
Premier point : tu as raison de remplir un tableau d'avancement directement en raisonnant sur les pressions car ici : (RT/V) reste fixe : la quantité de chaque gaz est proportionnelle à sa pression partielle. S'il s'agit d'un devoir à rédiger, il faudrait peut-être préciser cela...
Deuxième point : tu fais intervenir une pression initiale en PCl3 de 1,5atm alors que le mélange initial contient aussi de l'argon. Cela complique beaucoup le problème !
Troisième point : la pression partielle en Cl2 avant la réaction est bien 0,5atm.
Cela conduit à modifier le tableau d'avancement :

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 08-01-17 à 14:58


J'ai cliqué sur l'icône "poster" de façon prématurée. Voici le message en entier !
Je trouve que tu progresses car cet exercice me parait assez difficile et piégeant...
Premier point : tu as raison de remplir un tableau d'avancement directement en raisonnant sur les pressions car ici : (RT/V) reste fixe : la quantité de chaque gaz est proportionnelle à sa pression partielle. S'il s'agit d'un devoir à rédiger, il faudrait peut-être préciser cela...
Deuxième point : tu fais intervenir une pression initiale en PCl3 de 1,5atm alors que le mélange initial contient aussi de l'argon. Cela complique beaucoup le problème !
Troisième point : la pression partielle en Cl2 avant la réaction est bien 0,5atm.
Cela conduit à modifier le tableau d'avancement :

espèces chimiquesArPCl3Cl2PCl3gaz
pressions partielles avant réaction (atm)P11,5-P10,502
pressions partielles à l'équilibre (atm)P11,5-P1-x0,5-xx1,84

Somme des pressions partielles :
2-x=1,84 ; x =0,16atm
Expression de Kp :

1,80=\frac{\left(1,5-P_{1}-x\right)\left(0,5-x\right)}{x}=\frac{\left(1,34-P_{1}\right).0,34}{0,16}
Le calcul conduit à P1=PAr=0,493atm
Puis :
PPCl3=0,847atm ; PCl2=0,340atm ; PPCl5=0,160atm.
Je te laisse calculer les fractions molaires.
Pour la suite, il faut évoquer la loi de Le Chatelier : ajouter un gaz inerte à pression initiale constante revient à diminuer les pressions partielles des réactifs : l'influence sur l'équilibre est celui qu'aurait une baisse de pression en absence d'argon ; l'équilibre est déplacer dans le sens qui diminue la quantité de gaz...

Posté par
Totre : Chimie équilibres 08-01-17 à 17:11

Merci beaucoup . Avec ce tableau c'est beaucoup plus clair en effets c'est plus facile pour arriver à calculer la fraction molaire de l'Argon qui auparavant était fausse

Une toute petite vérification mais c'est pure formalité je crois:  la dernière colonne du tableau c'est bien PCl5 je crois;

Pour le point b) :

Ensuite on injecte au système à l'équilibre de l'argon jusqu'à ce que la pression dans le réacteur (toujours à 250°C) redevienne égale à 2,00 atm

b)la pression partielle du penta chlore de phosphore va t-elle évoluer?

Ici je pense que comme le système est en équilibre, la pression partielle de PCl5 ne va pas bouger mais est-ce certain?

Pour le point c):
Pour terminer, à l'aide d'un piston et toujours à 250°C on double le volume du réacteur
Le dispositif d'injection d'argon est réglé afin que la pression finale dans le réacteur reste égale à 2 atm

c) quel est le nombre de mol d'argon dans le réacteur une fois le système stabilisé?
d) Quelle est la proportion molaire du chlore initialement introduit dans le réacteur qui a été transformé après que le volume du réacteur ait été doublé et que le système se soit stabilisé?

Si on double le volume, pour moi les pressions sont divisées par 2 mais pour la suite pourriez-vous m'aider pour le tableau d'avancement et l'équation pour trouver Kp

Le temps commence à me manquer: j'ai examen dans quelques jours et encore quelques exercices difficiles pour moi seul à résoudre

Heureusement que je peux compter sur votre appui et vos encouragements

Merci

Posté par
Totre : Chimie équilibres 09-01-17 à 09:48

Bonjour

Pourriez-vous me dire si l'expression du Kp pour le point b) est correcte et si le tableau d'avancement l'est aussi?  Je vais tenter de terminer cet horrible exercice

Merci beaucoup

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 09-01-17 à 11:26

Bonjour
faute de frappe de ma part : comme tu l'as bien compris, l'avant dernière colonne du tableau d'avancement concerne bien PCl5

Citation :
b)la pression partielle du penta chlore de phosphore va t-elle évoluer?

La réponse est oui ! Je t'ai justifié cela déjà du point de vue qualitatif en évoquant la loi de Le chatelier. Pour les calculs, il faut refaire un tableau d'avancement en pression en considérant que la pression partielle en argon a augmenter de (2-1,84)=0,16atm.
Cela donne :
espèces chimiquesArPCl3Cl2PCl5gaz
pressions partielles avant réaction (atm)0,6530,8470,3400,1602,00
pressions partielles au nouvel équilibre (atm)0,6530,847-x'0,340-x'0,160+x'2,00-x'

Je te laisse déduire x' de la valeur de Kp.
Citation :
Si on double le volume, pour moi les pressions sont divisées par 2

Cela serait vrai pour tous les gaz si les quantités de gaz restaient fixes mais l'énoncé précise que ce doublement de volume s'accompagne d'un ajout d'argon de façon à ramener la pression totale à 2atm. En clair : avant l'évolution de l'équilibre, toutes les pressions partielles sont divisées par deux sauf celle de l'argon qui permet d'obtenir une pression totale de 2atm. Tu devrais ainsi être capable de remplir le tableau d'avancement connaissant le précédent.
Cet exercice est vraiment intéressant mais beaucoup plus difficile que ceux que tu as proposés avant !

Posté par
Totre : Chimie équilibres 09-01-17 à 12:22



Bon, je vais tenter un tableau d'avancement mais à ce stade j'y vois plus clair du tout

                             Ar                        PCl5                          PCl3                               Cl2             ptot

                              x                           0,08                            0,4352                         0,17                  2


Je ne sais pas si c'est trop simpliste mais j'ai fait:

2-(0,08+,435+0,17)= 1,148 qui serait la pression partielle de l'Ar

A partir de la et un volume de 4 L (2x2) et la t° de 250°C avec PV=nRT j'obtiens un nombre de mol total = 0,1865 mol

P partielle Ar=xiArgon.Ptot      J'arrive à xiArgon= 0,657

nombre moles Argon= xiArg. nombre mol tot
= 0,1226 moles

maintenant est-ce que cela est correct?

Quant à la dernière question point d) help please


Merci beaucoup

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 09-01-17 à 14:17

Je reviens à la question b) :

Citation :
Ensuite on injecte au système à l'équilibre de l'argon jusqu'à ce que la pression dans le réacteur (toujours à 250°C) redevienne égale à 2,00 atm

Dans mon message précédent, j'ai considéré que, à partir de l'équilibre a), on ajoutait de façon quasi instantanée de l'argon jusqu'à faire remonter la pression à 2atm et que on laissait évoluer le système vers un nouvel état d'équilibre de pression un peu inférieure à 2atm (même méthode que pour l'ajout de Cl2 à la première question).
On peut aussi considérer que l'on règle la pression d'argon de façon que la pression totale de 2atm corresponde à l'état d'équilibre.
Alors, remplir un tableau d'avancement est inutile.
Pour un mélange de gaz parfait, la pression partielle du gaz n° i quelconque est :

P_{i}=\frac{n_{i}}{n}.P\quad avec\quad P=n\frac{R.T}{V}
avec n : quantité totale de gaz et P : pression totale. Cela conduit à :

P_{i}=n_{i}\cdot\frac{R.T}{V}
Comme dans les expériences a) et b) T et V restent fixes, la quantité de chaque gaz est proportionnelle à sa pression partielle. Ainsi, ajouter de l'argon à T et V fixes, ne modifie pas les quantités de gaz actifs( PCl3, PCl5, Cl2) donc ne modifie pas les pressions partielles. La relation entre ces pressions partielles et Kp n'est pas modifiée : l'ajout d'argon dans ces conditions ne modifie pas les quantités et ne modifie pas les pressions partielles des gaz actifs.
Pour la dernière question, l'ajout d'argon ne se fait plus à volume fixe, l'équilibre va être modifié. Comme déjà dit, avant que la réaction ne commence à évoluer, multiplier V par 2 revient à diviser les pressions des gaz actifs par 2. D'où le nouveau tableau :
espèces chimiquesArPCl3Cl2PCl5gaz
pressions partielles avant réaction (atm)P20,42350,1700,0800,6735+P2
pressions partielles au nouvel équilibre (atm)P20,4235-x'0,170-x'0,080+x'0,6735+P2-x'=2

Tu tombes sur un système à deux inconnues :
0,6735+P2-x'=2

\frac{\left(0,4235-x^{,}\right)\left(0,170-x^{,}\right)}{0,08+x^{,}}=Kp=1,8
Mon calcul conduit à :
x'=-0.0297atm
L'équilibre est déplacé dans le sens de disparition de PCl5

Posté par
Totre : Chimie équilibres 09-01-17 à 16:24

Merci pour l'explication du point b)
C'est maintenant clair qu'ajouter de l'Argon à Volume et T constants ne modifie pas les quantités et ne modifie pas les pressions partielles des gaz actifs.
Par contre pour le tableau d'avancement du point c) je me demande pourquoi la quantité d'Argon est la même avant,quand on double le volume, et lorsqu'on retrouve un état d'équilibre à 2 atm.
Moi j'aurais mis P2+x' ce qui évidemment ne donne rien

Merci

et à la fin du calcul avec x'=0,0297. vous arrivez à un nombre de moles de 0,1203 mol avec la même méthode que j'ai utilisé plus haut?

Merci beaucoup

C'est vraiment compliqué celui-ci

Posté par
vanoisere : Chimie équilibres 09-01-17 à 17:40

Citation :
Par contre pour le tableau d'avancement du point c) je me demande pourquoi la quantité d'Argon est la même avant,quand on double le volume, et lorsqu'on retrouve un état d'équilibre à 2 atm.

Attention aux états dont on parle. Doubler le volume en maintenant fixe la pression d'équilibre se fait nécessairement en modifiant la quantité d'argon (celà est bien dit dans l'énoncé)
La ligne : "pressions partielles avant réaction (atm)" de mon tableau correspond à un état fictif où le volume est devenu le double de celui des questions a) et b) et où la quantité d'argon a été modifiée pour conduire à un état final de pression totale 2atm, la réaction n'ayant pas commencé à évoluer.
La troisième ligne correspond à l'état final, une fois le nouvel état d'équilibre atteint.
Entre l'état correspondant à la ligne 2 et l'état correspondant à la ligne 3, T et V restent fixes. La relation précédemment démontrée : P_{i}=n_{i}\cdot\frac{R.T}{V} montre que, puisque l'argon est un gaz inerte, sa quantité reste fixe, donc sa pression partielle reste fixe.
Attention : mon calcul conduit à une valeur de x' négative.
La pression partielle de l'argon est ainsi : P2=2-0,6735+0,0297=1,2968atm
La quantité d'argon totale dans le réacteur de 4L est :

n_{Ar}=\frac{P_{2}.V}{R.T}=\frac{1,2968.1,013.10^{5}.4.10^{-3}}{8,314.523}\approx0,121mol
La pression partielle finale du dichlore est PCl2=0,170-x'=0,1997atm
Sa quantité finale est ainsi (même type de calcul que pour l'argon) :
nCl218,61mmol.
Ce dichlore a été introduite au départ sous une pression partielle de 0,5atm dans un volume de 2L. Sa quantité initiale est donc : no23,30mmol
La proportion molaire ayant réagit entre son introduction et l'état d'équilibre final de volume 4L est ainsi :

\frac{n_{0}-n_{Cl2}}{n_{0}}=\frac{23,30-18,61}{23,30}\approx20,12\%
Sauf erreur de calcul : il y a effectivement de quoi s'embrouiller entre les divers états successivement étudiés.

Posté par
Totre : Chimie équilibres 09-01-17 à 17:54

Oui oui c'est évidemment la bonne réponse

Vous êtes infaillible mais moi cet exercice là je le comprends mais sans votre aide il m'aurait été impossible d'arriver au bout

Il faut vraiment avoir les idées très claires et très justes tout au long du chemin

Je lance un autre exercice  je crois plus facile

Merci


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