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CHAP. 5 – ÉQUILIBRES CHIMIQUES
4. Écrire l’équation-bilan de la réaction de réduction du chlorure de titane par le sodium à T 0 = 800 K (réaction (3)). Cette réaction conduit à la formation de titane et
de chlorure de sodium. On prendra pour le coefficient stœchiométrique de TiCl 4 la
valeur 1. Déterminer la valeur du logarithme décimal de la constante thermodynamique d’équilibre K ◦
3 de cette réaction à T 0 = 800 K. On prendra R ln 10 ≈ 20 avec R
en unités S.I.
5. Industriellement, cette réaction est effectuée sous atmosphère d’argon. Quelle est
la valeur minimale de la pression partielle en chlorure de titane qu’il faut maintenir
dans le réacteur pour que la réduction de TiCl 4 soit possible à T 0 = 800 K ?
Données :
Espèce chimiques Na() Cl 2 (g) NaCl(s)
Δ f H ◦ / kJ·mol −1
≈ 0
0
−400
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1 60
220
70
Températures de fusion : 801 °C (NaCl) ; 97,8 °C (Na). Températures d’ébullition :
1465 °C (NaCl) ; 882 °C (Na).
PROBLÈMES
5.12 Réduction du trichlorosilane en présence de dihydrogène
(CCP MP 2002) (#)
À 1000 °C, le trichlorosilane ultra-pur est réduit par le dihydrogène suivant la réaction :
SiHCl 3 (g) + H 2 (g)
=
Si (s) + 3 HCl (g).
Le silicium ultra-pur, produit par cette réaction, est déposé sur un barreau de silicium.
1. Calculer l’enthalpie standard et l’entropie standard de réaction à 298 K.
2. Calculer l’enthalpie standard et l’entropie standard de réaction à 1000 °C. En déduire les valeurs de l’enthalpie libre standard et la constante d’équilibre de la réaction
à 1000 °C.
3. Établir l’expression du quotient de réaction Π, en fonction des pressions partielles
des différents gaz présents.
4. Établir l’expression de la constante d’équilibre en fonction du coefficient de dissociation α de SiHCl 3 , de β (rapport du nombre de mole initial de dihydrogène H 2 sur
le nombre initial de mole de SiHCl 3 , β 1) et de la pression totale p T .
5. Pour une pression totale de 1 bar, et pour β = 1, estimer (grossièrement) la valeur
du coefficient de dissociation et les pressions partielles à l’équilibre. De même estimer la valeur du coefficient de dissociation pour β = 10 (le dihydrogène est introduit
CHAP. 5 – ÉQUILIBRES CHIMIQUES
4. Écrire l’équation-bilan de la réaction de réduction du chlorure de titane par le sodium à T 0 = 800 K (réaction (3)). Cette réaction conduit à la formation de titane et
de chlorure de sodium. On prendra pour le coefficient stœchiométrique de TiCl 4 la
valeur 1. Déterminer la valeur du logarithme décimal de la constante thermodynamique d’équilibre K ◦
3 de cette réaction à T 0 = 800 K. On prendra R ln 10 ≈ 20 avec R
en unités S.I.
5. Industriellement, cette réaction est effectuée sous atmosphère d’argon. Quelle est
la valeur minimale de la pression partielle en chlorure de titane qu’il faut maintenir
dans le réacteur pour que la réduction de TiCl 4 soit possible à T 0 = 800 K ?
Données :
Espèce chimiques Na() Cl 2 (g) NaCl(s)
Δ f H ◦ / kJ·mol −1
≈ 0
0
−400
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1 60
220
70
Températures de fusion : 801 °C (NaCl) ; 97,8 °C (Na). Températures d’ébullition :
1465 °C (NaCl) ; 882 °C (Na).
PROBLÈMES
5.12 Réduction du trichlorosilane en présence de dihydrogène
(CCP MP 2002) (#)
À 1000 °C, le trichlorosilane ultra-pur est réduit par le dihydrogène suivant la réaction :
SiHCl 3 (g) + H 2 (g)
=
Si (s) + 3 HCl (g).
Le silicium ultra-pur, produit par cette réaction, est déposé sur un barreau de silicium.
1. Calculer l’enthalpie standard et l’entropie standard de réaction à 298 K.
2. Calculer l’enthalpie standard et l’entropie standard de réaction à 1000 °C. En déduire les valeurs de l’enthalpie libre standard et la constante d’équilibre de la réaction
à 1000 °C.
3. Établir l’expression du quotient de réaction Π, en fonction des pressions partielles
des différents gaz présents.
4. Établir l’expression de la constante d’équilibre en fonction du coefficient de dissociation α de SiHCl 3 , de β (rapport du nombre de mole initial de dihydrogène H 2 sur
le nombre initial de mole de SiHCl 3 , β 1) et de la pression totale p T .
5. Pour une pression totale de 1 bar, et pour β = 1, estimer (grossièrement) la valeur
du coefficient de dissociation et les pressions partielles à l’équilibre. De même estimer la valeur du coefficient de dissociation pour β = 10 (le dihydrogène est introduit