EXERCICES
177
Espèces chimiques Br 2 (g) CH 4 (g) CH 3 Br(g) HBr(g)
Δ f H ◦ / kJ·mol −1
30,9
−74, 8
−37, 5
−36, 4
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1
245,4
186,2
245,9
198,6
C ◦
p,m / J·K −1 ·mol −1
36,0
35,3
42,5
29,1
6.8 Formation du trioxyde de soufre (d’après ESIM 2003) (##)
Nous allons nous intéresser au passage du dioxyde de soufre au trioxyde de soufre. Ce
passage se fait essentiellement au contact d’un catalyseur spécifique, le pentaoxyde
de vanadium V 2 O 5 .
Considérons l’équilibre homogène gazeux :
2 SO 2 (g) + O 2 (g)
=
2 SO 3 (g).
1. Calculer son enthalpie standard de réaction et son entropie standard de réaction à
298 K. Rappeler la nature de l’approximation d’ELLINGHAM.
2. Dans le cadre de l’approximation d’ELLINGHAM déduire l’expression de l’enthalpie libre standard de réaction pour toute température T .
Calculer la température d’inversion de l’équilibre et préciser l’expression numérique
de ln K ◦
T pour toute température (K ◦
T désigne la constante d’équilibre).
Les industriels travaillent vers 430 °C sous p = 1 bar avec un léger excès de dioxygène provenant de l’air par rapport à la quantité stœchiométrique 2 SO 2 pour 1 O 2 .
Nous allons interpréter ces choix.
3. Partons de λ mol de dioxygène pur et de 1 − λ mol de dioxyde de soufre.
Dresser un tableau d’avancement et donner la relation liant à l’équilibre le paramètre
λ , l’avancement ξ , la constante d’équilibre K ◦
T et la pression totale p.
4. À T et p fixées, pour quelle valeur de λ a-t-on un avancement ξ maximal ?
5. Nous supposons que nous partons désormais des proportions stœchiométriques
2 mol de dioxyde de soufre pour 1 mol de dioxygène et que l’équilibre est atteint.
Quelle est l’influence d’un ajout de diazote à T et p constantes sur l’état d’équilibre ?
Conclure sur la meilleure composition théorique du mélange initial.
Comment comprendre les choix industriels ?
6. Dans quelle zone de température faut-il travailler ?
7. Préciser l’influence de la pression totale sur l’équilibre réalisé. Comment interpréter le choix de la pression atmosphérique par les industriels ?
Données : R = 8,31 J·K −1 ·mol −1 .
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Espèces chimiques Br 2 (g) CH 4 (g) CH 3 Br(g) HBr(g)
Δ f H ◦ / kJ·mol −1
30,9
−74, 8
−37, 5
−36, 4
S ◦
m / J·K −1 ·mol −1
245,4
186,2
245,9
198,6
C ◦
p,m / J·K −1 ·mol −1
36,0
35,3
42,5
29,1
6.8 Formation du trioxyde de soufre (d’après ESIM 2003) (##)
Nous allons nous intéresser au passage du dioxyde de soufre au trioxyde de soufre. Ce
passage se fait essentiellement au contact d’un catalyseur spécifique, le pentaoxyde
de vanadium V 2 O 5 .
Considérons l’équilibre homogène gazeux :
2 SO 2 (g) + O 2 (g)
=
2 SO 3 (g).
1. Calculer son enthalpie standard de réaction et son entropie standard de réaction à
298 K. Rappeler la nature de l’approximation d’ELLINGHAM.
2. Dans le cadre de l’approximation d’ELLINGHAM déduire l’expression de l’enthalpie libre standard de réaction pour toute température T .
Calculer la température d’inversion de l’équilibre et préciser l’expression numérique
de ln K ◦
T pour toute température (K ◦
T désigne la constante d’équilibre).
Les industriels travaillent vers 430 °C sous p = 1 bar avec un léger excès de dioxygène provenant de l’air par rapport à la quantité stœchiométrique 2 SO 2 pour 1 O 2 .
Nous allons interpréter ces choix.
3. Partons de λ mol de dioxygène pur et de 1 − λ mol de dioxyde de soufre.
Dresser un tableau d’avancement et donner la relation liant à l’équilibre le paramètre
λ , l’avancement ξ , la constante d’équilibre K ◦
T et la pression totale p.
4. À T et p fixées, pour quelle valeur de λ a-t-on un avancement ξ maximal ?
5. Nous supposons que nous partons désormais des proportions stœchiométriques
2 mol de dioxyde de soufre pour 1 mol de dioxygène et que l’équilibre est atteint.
Quelle est l’influence d’un ajout de diazote à T et p constantes sur l’état d’équilibre ?
Conclure sur la meilleure composition théorique du mélange initial.
Comment comprendre les choix industriels ?
6. Dans quelle zone de température faut-il travailler ?
7. Préciser l’influence de la pression totale sur l’équilibre réalisé. Comment interpréter le choix de la pression atmosphérique par les industriels ?
Données : R = 8,31 J·K −1 ·mol −1 .