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Exo - Le Chatelier_2
Bonsoir ,
Je ne parviens pas à résoudre cet exercice :
"Un ballon fermé par un robinet contient du benzène (C6H6 (l) ) à la pression atmosphérique et est en équilibre avec sa vapeur : C6H6 (l) + énergie <=> C6H6 (g)
On tente d'influencer le système de différentes façons :
1) Augmenter la T°
2) Augmenter P
3) Ajouter du benzène liquide
4) Ajouter un catalyseur
5) Ouvrir le robinet
6) Refroidir le ballon
Comment peut-on abaisser le niveau de benzène dans le ballon ?
A) par les opérations 1 et 4
B) par les opérations 1 et 5
C) par les opérations 2 et 6
D) par les opérations 5 et 6
E) par les opérations 4 et 5
(Bonne réponse : proposition B)
Voici mon raisonnement :
1) Si j'augmenter la T°, alors le système favorise une réaction endothermique qui est ici de sens inverse, ce qui augmente le benzène liquide, ce qui augmente le niveau du benzène dans le ballon. NOK
2) Si j'augmente la P, le système favorise une réaction qui permettra de diminuer P donc où ngaz sera moindre :
ng réactif = 0
ng produit = 1
Donc la réaction inverse est favorisée, ce qui augmente le benzène liquide, ce qui augmente le niveau dans le ballon. NOK
3) ???
Si j'augmente le benzène liquide, le système favorise la réaction directe afin de baisser [C6H6 (l)]. Finalement, le benzène liquide aura augmenté de peu et beaucoup de benzène gazeux seront produits donc le niveau baissera. OK
4) Le catalyseur n'influence pas l'équilibre d'une réaction. NOK
5) ???
Si j'ouvre le robinet, V augmente donc P diminue. Le système fera en sorte d'augmenter P en favorisant la réaction directe (car ngaz produit est supérieur), ce qui fait baisser le benzène liquide. OK
6) Si je refroidis le ballon, le système fera en sorte d'augmenter la T° en favorisant une réaction exothermique qui est de sens inverse, donc le benzène liquide augmente ce qui augmente le niveau dans le ballon. NOK
Donc j'aurais dit que les changements 3 et 5 aurait permis de diminuer le niveau de benzène dans le ballon mais visibiblement je me trompe car la réponse finale est la réponse B : changement 1 et 5.
Peut-être que je comprends mal la notion de "niveau" ?
(les "??? " signifient mon invertitude quant à mon raisonnement)
Merci d'avance pour votre aide
Bonsoir
Attention : modifier la quantité d'un liquide seul dans sa phase est sans influence sur l'équilibre. Cela est aussi valable pour l'autre exercice !
Bonsoir Valoise,
Je n'ai pas très bien compris. Donc si j'augmente le benzène liquide, cela n'influence pas la réaction vers la droite ? Pourriez-vous m'expliquer la raison de ceci ?
Pourriez-vous m'aider pour le reste du raisonnement svp ?
Tu as fais exactement la même erreur concernant l'influence de l'ajout d'un liquide à P et T fixes. Je réponds donc ici pour les deux exercices afin d'éviter les répétitions.
Concernant le premier exercice : il est exact que la combustion de l'éthane est une réaction suffisamment rapide et exothermique pour produire de l'eau à l'état de vapeur. Cependant, si la combustion se déroule dans une enceinte fermée dont on peut contrôler la température et la pression, il est tout à fait possible de laisser le système se refroidir avant de l'étudier, l'eau étant alors à l'état liquide. Avec cette hypothèse, bien qu'en contradiction avec les réponses attendues par le concepteur de l'exercice, tout ce que tu as écrit est correct à l'exception de l'influence de l'ajout de liquide. L'eau liquide étant dans ce cas un corps pur (seul dans sa phase), on démontre au niveau enseignement supérieur que son activité vaut « 1 ». Cette notion d'activité n'est peut-être pas à ton programme ; cela signifie que l'eau n'intervient pas dans l'expression de la constante d'équilibre ; cela revient à dire que l'influence de l'eau liquide sur l'équilibre ne dépend pas de sa quantité. En ajouter ou en enlever une partie ne modifie pas les quantités des gaz pourvu que cela ne modifie pas la température et la pression.
Dans le second exercice, de la même manière, le benzène liquide est le seul liquide dans sa phase : en ajouter ou en enlever une partie ne modifie pas la quantité de benzène à l'état de vapeur, pourvu que cela ne modifie pas la température et la pression.
Remarque un peu hors sujet : il en serait de même dans le cas d'un équilibre faisant intervenir un solide : ajouter ou enlever partiellement le solide ne modifie pas l'équilibre, c'est à dire ne modifie pas les quantités des autres constituants, qu'ils soient liquides ou gazeux.
Concernant les autres questions du second exercice : il n'y a pas à proprement parler de réaction chimique puisque l'équilibre fait intervenir seulement du benzène. Il s'agit juste d'étudier un équilibre de changement d'états physiques. Cependant, cet équilibre peut se traiter comme un équilibre chimique à condition d'avoir à l'esprit une propriété essentielle de l'équilibre liquide-vapeur d'un corps pur : à l'équilibre, la pression est une fonction croissante de la température : P=f(T). Conséquence : contrairement à l'équilibre du premier exercice, il n'est pas possible d'envisager une variation de température à P fixe ou une variation de pression à T fixe. Augmenter T augmente obligatoirement P. Les méthodes 1 et 2 ont donc nécessairement la même influence sur l'équilibre. Apparemment, le concepteur de cet exercice n'a pas compris cela... Contrairement à l'équilibre du premier exercice, les lois de modérations de Van t'Hoff et Le Chatelier ne s'appliquent pas... Pourquoi ??? Je te laisse réfléchir et proposer une solution.
Difficile de t'aider sans connaître exactement ton niveau et les exigences de ton programme. N'hésite pas à poser des questions complémentaires si tu le juges utile. 
En tout cas, même si la question reste en suspens (peut-être une erreur comme dans l'autre exercice), j'en ai appris davantage notamment sur le fait que l'équilibre n'est pas modifié si on ajoute un élément liquide à son "état gazeux".
Merci
l'équilibre n'est pas modifié si on ajoute un élément liquide
Tant mieux si cela t'a fait progressé. Attention tout de même à la rigueur : il faut que cet ajout ne modifie pas la température et la pression et aussi que le liquide soit seul dans sa phase. Un contre-exemple simple pour mieux comprendre l'importance de cette dernière précision : considère l'équilibre d'un acide faible avec l'eau en solution aqueuse très diluée :
AH + H2O = A- + H3O+
La solution étant très diluée, les propriétés chimiques de l'eau sont pratiquement celle de l'eau pure. Son activité vaut 1 : l'eau l'intervient pas dans l'expression de la condition d'équilibre :
Ici, la phase liquide est une solution contenant des molécules d'eau et des ions. Ajouter de l'eau modifie l'équilibre dans la mesure où cet ajout modifie les concentrations des espèces dissoutes.
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