ξ ´
eq =
2 p 2 V
RT 2
=
2 × 6,70 × 10
−1
× 10
5
× 2 × 10
−3
8,31 × 550
= 5,87 × 10
−2 mol . La composition du système à l’équilibre est :
54
C h i m i e g é n é r a l e e n 3 0 f i c h e s
S y n t h è s e d e l ’ a m m o n i a c
La synthèse du gaz ammoniac est réalisée, industriellement, selon l’équilibre chimique d’équation :
N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g)
1. Sachant que cette réaction est de nature exothermique, à la température de l’équilibre, quel est l’effet d’une variation de température sur cet équilibre ? Pour quelle
raison la synthèse de NH 3 est-elle effectuée à 450 °C ?
2. Quel est l’effet d’une variation de pression sur cet équilibre (à température
constante) ? Justifiez.
3. Quel est l’effet d’un ajout de diazote gazeux N 2 sur l’équilibre, à température et
volume constants ?
S o l u t i o n
1. Une diminution de température déplace l’équilibre dans le sens de la réaction exothermique (synthèse de NH 3 ). Si la diminution de température est favorable (pour la
synthèse de NH 3 ) d’un point de vue thermodynamique, elle ne l’est pas d’un point de
vue cinétique (la vitesse de réaction diminue avec T) : c’est la raison pour laquelle on
opère à 450 °C (thermodynamiquement peu favorable).
2. L’activité de chaque gaz (supposé parfait) est
p i
p 0 avec p i = x i × P tot . La constante
d’équilibre, à T, est :
K
0
=
(x NH 3 )
2
´
eq
(x N 2 ) ´
eq × (x H 2 )
3
´
eq
×
p
0
P tot
2
Une augmentation de P tot provoque une évolution du système dans le sens d’une diminution du nombre de moles de gaz (loi de modération), c’est-à-dire, pour la réaction
étudiée, dans le sens de formation de NH 3 .
En effet, si P tot augmente,
p
0
P tot
2
diminue, donc
(x NH 3 )
2
´
eq
(x N 2 ) ´
eq × (x H 2 )
3
´
eq
augmente
(puisque la valeur de K
0 est fixée à température constante), ce qui signifie une augmentation de (x NH 3 ) ´
eq et une diminution de (x N 2 ) ´
eq et (x H 2 ) ´
eq .
La synthèse de NH 3 est réalisée à pression élevée (200 bar).
CuBr 2(s)
CuBr (s)
Br 2(g)
quantités à l’équilibre (mol)
1,41 × 10 –1
5,87 × 10 –2
2,93 × 10 –2
eq =
2 p 2 V
RT 2
=
2 × 6,70 × 10
−1
× 10
5
× 2 × 10
−3
8,31 × 550
= 5,87 × 10
−2 mol . La composition du système à l’équilibre est :
54
C h i m i e g é n é r a l e e n 3 0 f i c h e s
S y n t h è s e d e l ’ a m m o n i a c
La synthèse du gaz ammoniac est réalisée, industriellement, selon l’équilibre chimique d’équation :
N 2(g) + 3H 2(g) = 2NH 3(g)
1. Sachant que cette réaction est de nature exothermique, à la température de l’équilibre, quel est l’effet d’une variation de température sur cet équilibre ? Pour quelle
raison la synthèse de NH 3 est-elle effectuée à 450 °C ?
2. Quel est l’effet d’une variation de pression sur cet équilibre (à température
constante) ? Justifiez.
3. Quel est l’effet d’un ajout de diazote gazeux N 2 sur l’équilibre, à température et
volume constants ?
S o l u t i o n
1. Une diminution de température déplace l’équilibre dans le sens de la réaction exothermique (synthèse de NH 3 ). Si la diminution de température est favorable (pour la
synthèse de NH 3 ) d’un point de vue thermodynamique, elle ne l’est pas d’un point de
vue cinétique (la vitesse de réaction diminue avec T) : c’est la raison pour laquelle on
opère à 450 °C (thermodynamiquement peu favorable).
2. L’activité de chaque gaz (supposé parfait) est
p i
p 0 avec p i = x i × P tot . La constante
d’équilibre, à T, est :
K
0
=
(x NH 3 )
2
´
eq
(x N 2 ) ´
eq × (x H 2 )
3
´
eq
×
p
0
P tot
2
Une augmentation de P tot provoque une évolution du système dans le sens d’une diminution du nombre de moles de gaz (loi de modération), c’est-à-dire, pour la réaction
étudiée, dans le sens de formation de NH 3 .
En effet, si P tot augmente,
p
0
P tot
2
diminue, donc
(x NH 3 )
2
´
eq
(x N 2 ) ´
eq × (x H 2 )
3
´
eq
augmente
(puisque la valeur de K
0 est fixée à température constante), ce qui signifie une augmentation de (x NH 3 ) ´
eq et une diminution de (x N 2 ) ´
eq et (x H 2 ) ´
eq .
La synthèse de NH 3 est réalisée à pression élevée (200 bar).
CuBr 2(s)
CuBr (s)
Br 2(g)
quantités à l’équilibre (mol)
1,41 × 10 –1
5,87 × 10 –2
2,93 × 10 –2