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10 • Caractérisation thermo-dynamique des espèces pures, mélanges et solutions
2b) L’air respiré par le plongeur n’est pas à la pression où il se trouve dans la bouteille (il peut y
attendre 200 bar, et il passe par un détendeur). Sa pression effective dans les poumons est égale
à la pression ambiante, puisque le corps est déformable, et que pour l’expulser de ses poumons
le plongeur doit le comprimer à une pression très légèrement supérieure à la pression extérieure.
La pression dans la bouteille n’intervient donc pas (tant qu’elle est supérieure à 11,5 bar).
2c) On ne peut pas modifier la pression totale, déterminée par la profondeur. Mais c’est la pression partielle de dioxygène qui importe, et on peut la diminuer, en faisant respirer au plongeur un
mélange gazeux plus pauvre en dioxygène que l’air naturel (mélanges artificiels, ou air dilué
avec un gaz inerte comme l’hélium).
Exercice 10.27 Masse volumique d’un mélange réactif gazeux
Lorsqu’on chauffe le trioxyde de soufre SO 3 , il se dissocie progressivement
en dioxyde de soufre SO 2 et dioxygène ; l’équation stoechiométrique de cette
réaction s’écrit :
SO 3 (g) ϭ SO 2 (g) ϩ 1/2 O 2 (g)
On place, à la température ordinaire, 7,14 g de SO 3 dans une enceinte fermée
dont le volume est 2 litres, et on porte la température à une valeur telle que
28 % du SO 3 initial est dissocié.
Quelle est la masse volumique du mélange gazeux présent dans l’enceinte à
cette température ?
Solution
Une loi fondamentale de la chimie est celle de la conservation de la matière (loi de Lavoisier).
Lorsqu’une réaction s’effectue dans une enceinte fermée, où rien n’entre et dont rien ne sort
pendant la réaction, la masse du mélange en réaction (c’est-à-dire du contenu de cette enceinte)
ne change pas, quoi qu’il s’y produise.
Donc, quel que soit le taux de dissociation de SO 3 et quelle que soit la température, la masse du
contenu du réacteur est toujours 7,14 g et, comme le volume du réacteur est également invariable, la masse volumique du mélange est toujours 7,14 g / 2 L ϭ 3,57 g.L –1 . Par contre, la
pression a augmenté, et pour deux raisons : l’augmentation de la quantité de matière et l’élévation de la température ; mais cela n’a aucun effet sur la masse volumique.
Exercice 10.28 Expression du potentiel chimique
a) Donner la définition du potentiel chimique. Cette définition s’applique-telle au cas des corps purs, au cas des constituants d’un mélange ou d’une
solution ?
b) Donner l’expression du potentiel chimique en fonction de la pression ;
dans quels cas cette expression s’applique-t-elle ?
Ne commencez pas à manipuler les données avant d’avoir bien réfléchi, concrètement, à la situation : une réaction se produisant dans un réacteur clos, et de volume
invariable. Pour calculer vous avez besoin de la masse du mélange gazeux et du
volume qu’il occupe.
10 • Caractérisation thermo-dynamique des espèces pures, mélanges et solutions
2b) L’air respiré par le plongeur n’est pas à la pression où il se trouve dans la bouteille (il peut y
attendre 200 bar, et il passe par un détendeur). Sa pression effective dans les poumons est égale
à la pression ambiante, puisque le corps est déformable, et que pour l’expulser de ses poumons
le plongeur doit le comprimer à une pression très légèrement supérieure à la pression extérieure.
La pression dans la bouteille n’intervient donc pas (tant qu’elle est supérieure à 11,5 bar).
2c) On ne peut pas modifier la pression totale, déterminée par la profondeur. Mais c’est la pression partielle de dioxygène qui importe, et on peut la diminuer, en faisant respirer au plongeur un
mélange gazeux plus pauvre en dioxygène que l’air naturel (mélanges artificiels, ou air dilué
avec un gaz inerte comme l’hélium).
Exercice 10.27 Masse volumique d’un mélange réactif gazeux
Lorsqu’on chauffe le trioxyde de soufre SO 3 , il se dissocie progressivement
en dioxyde de soufre SO 2 et dioxygène ; l’équation stoechiométrique de cette
réaction s’écrit :
SO 3 (g) ϭ SO 2 (g) ϩ 1/2 O 2 (g)
On place, à la température ordinaire, 7,14 g de SO 3 dans une enceinte fermée
dont le volume est 2 litres, et on porte la température à une valeur telle que
28 % du SO 3 initial est dissocié.
Quelle est la masse volumique du mélange gazeux présent dans l’enceinte à
cette température ?
Solution
Une loi fondamentale de la chimie est celle de la conservation de la matière (loi de Lavoisier).
Lorsqu’une réaction s’effectue dans une enceinte fermée, où rien n’entre et dont rien ne sort
pendant la réaction, la masse du mélange en réaction (c’est-à-dire du contenu de cette enceinte)
ne change pas, quoi qu’il s’y produise.
Donc, quel que soit le taux de dissociation de SO 3 et quelle que soit la température, la masse du
contenu du réacteur est toujours 7,14 g et, comme le volume du réacteur est également invariable, la masse volumique du mélange est toujours 7,14 g / 2 L ϭ 3,57 g.L –1 . Par contre, la
pression a augmenté, et pour deux raisons : l’augmentation de la quantité de matière et l’élévation de la température ; mais cela n’a aucun effet sur la masse volumique.
Exercice 10.28 Expression du potentiel chimique
a) Donner la définition du potentiel chimique. Cette définition s’applique-telle au cas des corps purs, au cas des constituants d’un mélange ou d’une
solution ?
b) Donner l’expression du potentiel chimique en fonction de la pression ;
dans quels cas cette expression s’applique-t-elle ?
Ne commencez pas à manipuler les données avant d’avoir bien réfléchi, concrètement, à la situation : une réaction se produisant dans un réacteur clos, et de volume
invariable. Pour calculer vous avez besoin de la masse du mélange gazeux et du
volume qu’il occupe.