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Physique statistique
2. Application de l’équation d’état d’un gaz parfait
Calculer la pression de 10 grammes d’hydrogène placés dans un récipient de 1 m
3 à la température de 20
◦ C. La masse molaire de l’hydrogène est égale à 2 grammes.
3. Volume normal
En chimie, on appelle conditions normales de température et de pression : T = 273, 15 K et
P = 1 atmosphère = 1, 01310
5 Pa. Calculer le volume occupé par une mole de gaz parfait en
litres.
4. Équilibre thermodynamique
Un récipient isolé de volume V est séparé en deux parties égales par une paroi diatherme amovible. Une de ses parties contient 16 g d’oxygène (une demi mole) à la pression P 1 et à la température T 1 . L’autre contient 28 g d’azote (une mole) à la pression P 2 et à la température T 2 . On
laisse s’écouler un temps suffisamment long pour qu’il y ait équilibre thermique.
1- Comparer les pressions à l’équilibre P
1 et P
2 des deux gaz.
2- On retire la paroi amovible. Décrire le processus. Quelle est la pression moyenne exercée par
le gaz quand l’équilibre final est atteint ?
5. Pression partielle
Une petite ampoule (V = 1 cm
3 ) remplie de néon à la température ordinaire et à la pression
atmosphérique a une paroi perméable à des atomes de petites dimensions, comme par exemple
de l’hydrogène ou de l’hélium. Elle est placée dans une grande enceinte remplie d’hélium à la
température ordinaire et à la pression atmosphérique. Que se passe-t-il alors dans l’ampoule ?
Quelle est la pression partielle de ces gaz lorsque l’équilibre est atteint ?
6. Réactions nucléaires
1- Calculer l’énergie dégagée dans la réaction de fusion du tritium avec l’hydrogène :
1
1 H +
3
1 H →
4
2 He.
2- Lorsqu’un neutron thermique (d’énergie cinétique très faible) est absorbé par un noyau d’
235
92 U
il se forme un noyau d’
236
92 U qui se casse en deux morceaux. C’est ce que l’on appelle une
réaction de fission. Parmi les cassures possibles on a la suivante :
235
92 U +
1
0 n →
236
92 U →
139
56 Ba +
86
36 Kr + 11
1
0 n,
où 11 neutrons
1
0 n sont libérés au cours de ce processus particulier. Calculer l’énergie libérée au
cours de la réaction.
3- La chaleur de combustion d’une mole de charbon à pression constante est de 94 kcal/mole.
Calculer l’énergie libérée par la combustion d’une tonne de charbon.
4- Calculer la quantité de tritium et d’uranium nécessaires pour fournir la même quantité d’énergie.
(On rappelle qu’une unité de masse atomique (u) est définie par convention comme
1
12 de la
masse d’un atome de carbone. Cette dernière est donc fixée par convention à 12u. On donne la
masse des noyaux ou particules suivants :
1
0 n : 1, 008665u ;
1
1 H : 1, 007825u ;
3
1 H : 3, 016050u ;
4
2 He : 4, 0026u ;
86
36 Kr : 85, 910616u ;
139
56 Ba : 138, 9086u ;
235
92 U : 235, 043915u.
Physique statistique
2. Application de l’équation d’état d’un gaz parfait
Calculer la pression de 10 grammes d’hydrogène placés dans un récipient de 1 m
3 à la température de 20
◦ C. La masse molaire de l’hydrogène est égale à 2 grammes.
3. Volume normal
En chimie, on appelle conditions normales de température et de pression : T = 273, 15 K et
P = 1 atmosphère = 1, 01310
5 Pa. Calculer le volume occupé par une mole de gaz parfait en
litres.
4. Équilibre thermodynamique
Un récipient isolé de volume V est séparé en deux parties égales par une paroi diatherme amovible. Une de ses parties contient 16 g d’oxygène (une demi mole) à la pression P 1 et à la température T 1 . L’autre contient 28 g d’azote (une mole) à la pression P 2 et à la température T 2 . On
laisse s’écouler un temps suffisamment long pour qu’il y ait équilibre thermique.
1- Comparer les pressions à l’équilibre P
1 et P
2 des deux gaz.
2- On retire la paroi amovible. Décrire le processus. Quelle est la pression moyenne exercée par
le gaz quand l’équilibre final est atteint ?
5. Pression partielle
Une petite ampoule (V = 1 cm
3 ) remplie de néon à la température ordinaire et à la pression
atmosphérique a une paroi perméable à des atomes de petites dimensions, comme par exemple
de l’hydrogène ou de l’hélium. Elle est placée dans une grande enceinte remplie d’hélium à la
température ordinaire et à la pression atmosphérique. Que se passe-t-il alors dans l’ampoule ?
Quelle est la pression partielle de ces gaz lorsque l’équilibre est atteint ?
6. Réactions nucléaires
1- Calculer l’énergie dégagée dans la réaction de fusion du tritium avec l’hydrogène :
1
1 H +
3
1 H →
4
2 He.
2- Lorsqu’un neutron thermique (d’énergie cinétique très faible) est absorbé par un noyau d’
235
92 U
il se forme un noyau d’
236
92 U qui se casse en deux morceaux. C’est ce que l’on appelle une
réaction de fission. Parmi les cassures possibles on a la suivante :
235
92 U +
1
0 n →
236
92 U →
139
56 Ba +
86
36 Kr + 11
1
0 n,
où 11 neutrons
1
0 n sont libérés au cours de ce processus particulier. Calculer l’énergie libérée au
cours de la réaction.
3- La chaleur de combustion d’une mole de charbon à pression constante est de 94 kcal/mole.
Calculer l’énergie libérée par la combustion d’une tonne de charbon.
4- Calculer la quantité de tritium et d’uranium nécessaires pour fournir la même quantité d’énergie.
(On rappelle qu’une unité de masse atomique (u) est définie par convention comme
1
12 de la
masse d’un atome de carbone. Cette dernière est donc fixée par convention à 12u. On donne la
masse des noyaux ou particules suivants :
1
0 n : 1, 008665u ;
1
1 H : 1, 007825u ;
3
1 H : 3, 016050u ;
4
2 He : 4, 0026u ;
86
36 Kr : 85, 910616u ;
139
56 Ba : 138, 9086u ;
235
92 U : 235, 043915u.