Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l'Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université AbouBakr Belkaid – Tlemcen – Faculté de Technologie, Département de Génie Electrique et Electronique Filière Génie Industriel Productique Présenté par Dr. ZENASNI Mohamed Amine Dr. MEROUFEL Bahia 2019/2020 Thermodynamique et chimie des solutions Cours et Exercices Corrigés Table des matières Thermodynamique et chimie des solutions : Cours et Exercices Corrigés République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université AbouBakr Belkaid – Tlemcen Faculté de Technologie Département de GEE Filière Génie Industriel Productique Table des Matières Avant-propos…………………………………………………………………………….. Chapitre 1 : Thermodynamique………………………………………………………... 1. Introduction……………………………………………………………………………. 2. Définition………………………………………………………………………………. 3. Système thermodynamique…………………………………………………………….. 3.1. Définition…………………………………………………………………………….. 3.2. Variables d'état……………………………………………………………………….. 3.3. Différents types de transformation…………………………………………………… 4. Gaz parfaits…………………………………………………………………………….. 4.1. Hypothèse du gaz parfait (théorie cinétique)………………………………………… 4.2. Equation d’état d’un gaz parfait……………………………………………………… 4.3. Relations particulières entre les variables d’état …………………………………….. 4.4. Diagramme de Clapeyron……………………………………………………………. 5. Notions de chaleur et de travail………………………………………………………… 5.1. Notion de chaleur (Q)………………………………………………………………… 5.1.1. Capacités calorifiques……………………………………………………………… 5.1.2. Changement de l’état physique…………………………………………………….. 5.1.3. Transfert de Chaleur entre 2 corps…………………………………………………. 5.2. Notion de travail (W)………………………………………………………………… 6. Principe zéro de la thermodynamique…………………………………………………. 7. Premier principe de la thermodynamique (Energie interne et enthalpie)………………. 7.1. Energie Interne U……………………………………………………………………. 01 02 02 02 03 03 03 04 05 05 05 06 06 07 07 08 08 09 09 10 10 10 Table des matières Thermodynamique et chimie des solutions : Cours et Exercices Corrigés 7.2. Enthalpie H…………………………………………………………………………… 7.2.1. Relation entre U, QV, H et QP ………….……………………………………….. 7.2.2. Loi de Kirchhoff……………………………………………………………………. 7.2.3. Loi de Hess…………………………………………………………………………. 8. Deuxième principe de la thermodynamique……………………………………………. 8.1. Enoncé………………………………………………………………………………... 8.2. Signification physique de l’entropie…………………………………………………. 8.3. Variation de l’entropie avec la température………………………………………….. 8.4. Variation de l’entropie pour les changements de phase……………………………… 9. Troisième principe de la thermodynamique……………………………………………. 10. Enthalpie et énergie libres……………………………………………………………... 10.1. Energie libre F………………………………………………………………………. 10.2. Enthalpie libre G……………………………………………………………………. 10.3. Enthalpie libre et équilibre chimique……………………………………………….. 11. Exercices et solutions………………………………………………………………... Chapitre 2 : Equilibre Chimique : Solubilité / Précipitation…………………………. 1. Introduction…………………………………………………………………………….. 2. Électrolytes et non-électrolytes………………………………………………………... 3. Solubilité……………………………………………………………………………….. 3.1. Soluble ou insoluble………………………………………………………………….. 3.2. Solutions saturées……………………………………………………………………. 3.3. Produit de solubilité Ks………………………………………………………………. 3.4. Règles de solubilité…………………………………………………………………... 3.5. Relation entre Ks et la solubilté……………………………………………………… 3.6. Influence de différents paramètres sur la solubilité………………………………….. 3.6.1. Influence de la température et de la pression………………………………………. 3.6.2. Effet d'ions commun……………………………………………………………….. 3.6.3. Influence du pH……………………………………………………………………. 4. Exercices et solutions………………………………………………………………… Chapitre 3 : Equilibre Chimique d’oxydo-réduction………………………………… 1. Introduction…………………………………………………………………………….. 2. Définition………………………………………………………………………………. 3. Fondements des réactions d’oxydoréduction………………………………………….. 11 12 12 12 13 13 14 15 15 16 16 16 16 18 18 24 24 24 25 26 26 27 28 28 30 30 30 31 32 36 36 36 36 Table des matières Thermodynamique et chimie des solutions : Cours et Exercices Corrigés 3.1. Nombre d’oxydation ou état d’oxydation……………………………………………. 3.1.1. Règles de calcul du nombre d’oxydation…………………………………………... 3.1.2. Reconnaître un réducteur et un oxydant à partir de la classification périodique des éléments…………………………………………………………………………………… 3.1.3. Nombre d’oxydation et nombre d’électrons échangés……………………………… 3.2. Couple d’oxydoréduction…………………………………………………………….. 3.3. Equilibre d’oxydoréduction…………………………………………………………... 4. Piles électrochimiques et potentiel rédox………………………………………………. 4.1. Piles électrochimiques………………………………………………………………... 4.1.1. Pile Daniell………………………………………………………………………….. 4.2. Electrode et potentiel d’électrode…………………………………………………….. 4.2.1. Loi de Nernst………………………………………………………………………... 4.2.2. Potentiels d’électrodes……………………………………………………………… 4.2.3. Potentiels standards…………………………………………………………………. 4.2.4. Types d’électrodes………………………………………………………………. 4.2.4.1. Electrodes indicatrices métallique et à gaz……………………………………… 4.2.4.2. Electrodes de référence au Calomel………………………………………………. 4.2.4.3. Electrodes de sulfate de mercure…………………………………………………. 4.2.4.4. Electrodes de chlorure d’argent ………………………………………………………. 5. Exercices et solutions………………………………………………………………… Chapitre 4 : Equilibre Chimique acido-basique…………………………………….. 1. Introduction…………………………………………………………………………….. 2. Couple acide/base………………………………………………………………………. 2.1. Couple acide-base selon Brönsted……………………………………………………. 2.2. Définition des acides selon Lewis…………………………………………………….. 2.3. Nomenclature des acides et des bases………………………………………………… 2.4. Couple acide/base conjugués…………………………………………………………. 3. Réaction acido-basique…………………………………………………………………. 4. Ionisation de l’eau………………………………………………………………………. 5. Constante d’équilibre et forces des acides/bases……………………………………….. 5.1. Potentiel hydrogène (pH)…………………………………………………………….. 5.2. Mesure du pH………………………………………………………………………… 5.2.1. A l’aide d’un indicateur coloré : nature de la solution……………………………. 36 37 38 39 39 40 41 41 42 43 43 45 45 47 47 47 48 49 49 52 52 52 52 53 53 53 54 54 55 55 56 56 Table des matières Thermodynamique et chimie des solutions : Cours et Exercices Corrigés 5.2.2. A l’aide d’un papier pH : évaluation du pH………………………………………. 5.2.3. A l’aide d’un pH-mètre, mesure et précision de la valeur trouvée…………………. 5.3. Acide fort…………………………………………………………………………… 5.4. Base forte……………………………………………………………………………... 5.5. Acide faible…………………………………………………………………………. 5.6. Base faible…………………………………………………………………………... 5.7. Echelle d’acidité …………………………………………………………………… 5.8. Mélange d'acides - mélange de bases………………………………………………. 5.9. Mélange d'un acide faible et d'une base faible……………………………………… 5.10. Solution ampholyte…………………………………………………………………. 6. Dosage acido-basique………………………………………………………………....... 6.1. Différents dosage d’un acide par une base.………………………………………….. 7. Solution Tampon………………………………………………………………………... 7.1. Définition…………………………………………………………………………...... 7.2. Préparation des solutions tampons……………………………………………………. 7.3. Équation de Henderson-Hasselbalch ………………………………………………… 8. Exercices et solutions………………………………………………………………… Chapitre 5 : Cinétique Chimique……………………………………………………….. 1. Introduction…………………………………………………………………………….. 2. Définition……………………………………………………………………………….. 3. Intérêt de la cinétique chimique………………………………………………………… 4. Vitesse de la réaction chimique………………………………………………………… 4.1. Facteurs déterminants la vitesse d’une réaction……………………………………… 5. Loi de vitesse de réaction chimique ……………………………………………………. 6. Ordre de la réaction……………………………………………………………………... 6.1. Calcul de l’ordre expérimentalement…………………………………………………. 6.2. Influence de l'ordre partiel sur l'évolution de la concentration dans le cas d'un réactif unique…………………………………………………………………………………….. 6.3. Réactions d’ordre zéro (α = 0) ………………………………………………………. 6.4. Si la réaction est d'ordre un (α = 1)…………………………………………………… 6.5. Si la réaction est d'ordre deux (α = 2)………………………………………………… 6.6. Comment trouver l’ordre d’une réaction?...................................................................... 7. Influence de la température sur les vitesses de réaction……………………………….. 56 57 57 57 58 58 59 59 59 59 60 61 63 63 63 64 64 69 69 70 70 70 70 71 74 74 77 77 78 79 80 81 Table des matières Thermodynamique et chimie des solutions : Cours et Exercices Corrigés 7.1. Théorie des collisions………………………………………………………………… 7.2. Énergie d’activation………………………………………………………………….. 7.3. Equation d’Arrhenius…………………………………………………………………. 8. Catalyse…………………………………………………………………………………. 8.1. Catalyse homogène…………………………………………………………………… 8.2. Catalyse hétérogène…………………………………………………………………... 8.3. Catalyse enzymatique………………………………………………………………… 9. Exercices et solutions………………………………………………………………… Référence………………………………………………………………………………… 81 81 83 83 84 84 85 86 90 Avant-propos Thermodynamique et chimie des solutions : Cours et Exercices Corrigés Page 1 Avant-propos Ce cours s’adresse particulièrement aux étudiants de première année LMD Licence Génie Industriel. C’est un module de chimie du 2ème semestre nommé Chimie 2, qui peut également être destiné pour d’autres filières et d’autres spécialités en première année telles que : Sciences de la nature et de vie (Biologie), Pharmacie, Médecine, chimie... etc. Il a été préparé et structuré d’une manière simplifiée afin de faciliter la compréhension et permettre aux étudiants d’acquérir les notions de base de la thermodynamique classique des systèmes fermés et des équilibres chimiques tels que la Solubilité, les réactions d’oxydo- réduction, les réactions acido-basiques et comment étudier la vitesse d’une réaction qui est la cinétique chimique. Le premier chapitre traite les trois (03) principes de la thermodynamique et leurs applications; en particulier en chimie, avec une partie consacrée à l’enthalpie, l’entropie et l’enthalpie libre. Le deuxième chapitre traite les équilibres de dissociations de composés peu solubles et la précipitation. Le troisième chapitre traite les équilibres d’oxydo-réduction ou nous montrons aux étudiants comment équilibrer une réaction d’oxydo-réduction en utilisant le nombre d’oxydation. Ainsi faire connaitre aux étudiants le principe du fonctionnement d’une pile. Le quatrième chapitre traite les équilibres acido-basiques dans le coté des réactions acide-base, le pH, dosage et connaitre des solutions tampons. Le cinquième chapitre traite la cinétique chimique qui étudie la vitesse et l’ordre partiel et global de la réaction chimique. Toutes ces notions fondamentales de chimie ont été expliquées en s’appuyant sur des exemples et illustrations pour mieux comprendre les phénomènes chimiques. Une liste de références est proposée à la fin de l’ouvrage pour les lecteurs qui désirent approfondir leurs connaissances des différents aspects de la chimie des solutions. Chapitre 1 : Thermodynamique Chimie 2 en Génie Industriel Cours et travaux dirigés Thermodynamique et chimie des solutions Page 2 Chapitre 1 Thermodynamique 1. Introduction Chaque théorie, chaque partie de la science que les étudiants découvrent à l'Université a son histoire. Celle-ci est souvent compliquée, semée d'embûches : la science ne se construit pas de manière « linéaire » et certaines intuitions la font progresser, tout en semblant a posteriori bien étranges. Progressivement se construit la forme la plus achevée qui est aussi en général la plus abordable, la plus facile à enseigner, car les idées y sont présentées dans l'ordre le plus logique. Connaître l'histoire de cette science, ses versions antérieures, relève plutôt de l'histoire des sciences, discipline malheureusement trop peu enseignée à l'Université. L'histoire de la thermodynamique classique tente de retracer l'origine et l'évolution des idées, des méthodes, des hommes et des connaissances de la thermodynamique, discipline étudiant le comportement thermique des corps et les changements d’état de la matière. Dans un premier temps, la thermodynamique ne s'intéresse qu'aux phénomènes thermiques (chaleur, température) liés à des propriétés macroscopiques des systèmes étudiés, ainsi qu'à l'explication des machines à vapeur. Il s'agit de la « thermodynamique classique » dont plusieurs « principes » sont ainsi établis. Les propriétés physiques microscopiques de la matière étant par la suite mieux connues, la discipline étend son étude à des considérations statistiques permettant une meilleure explication des principes ; d'où le nom de « thermodynamique statistique ». Le chapitre ci-présent ne s'intéresse qu'à la première acception de la thermodynamique. 2. Définition La thermodynamique (du grec Thermos = chaud et dunamis = puissance) a pour objet principal d’étudier l’évolution et les échanges d’énergie qui accompagnent la transformation de la uploads/Finance/ thermodynamique-et-chimie-des-solutions.pdf