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11 • Changements d’état physique de la matière – Diagramme de phases
Exercice 11.8
Voici quelques éléments de la fiche d’identité du dichlore Cl 2 :
Masse molaire 71 g.mol –1 ; Enthalpie vaporisation 20,4 kJ.mol –1 ;
Température de fusion – 101 °C ; Température critique 144 °C ;
Température de vaporisation normale – 34,5 °C ; Pression critique 77 bar ;
Enthalpie de fusion 6,4 kJ.mol –1 .
Parmi ces informations, lesquelles utiliserez-vous pour répondre à ces deux
questions :
a) Dans quel état physique se trouve le dichlore dans une bouteille en acier de
10 litres qui en contient 1 kg, à 20 °C ?
b) Une autre bouteille identique a déjà été utilisée : on en a laissé sortir
100 litres de dichlore gazeux. Comment peut-on reconnaître quelle est la
bouteille neuve ?
Solution
■ Dans quel état physique ce dichlore peut-il être ? (tous ne sont pas possibles,
certaines éventualités étant exclues).
Quelles sont les grandeurs-clés dont il faut déterminer la valeur ?
À 20 °C, il est exclu que le dichlore puisse être solide, puisque sa température de fusion est
– 101 °C (même si la pression est très élevée, car l’influence de la pression sur le point de fusion
est toujours minime). Il ne peut pas non plus entièrement être liquide, car un liquide est toujours
en équilibre avec sa vapeur, sauf s’il n’existe aucun espace libre au-dessus de sa surface, ce qui
n’est certainement pas le cas étant donné le volume de la bouteille.
Il ne reste donc que deux éventualités : ou il est entièrement gazeux, ou il est partiellement
liquéfié (liquide et gaz en équilibre).
Tout dépend de la quantité de dichlore que contient la bouteille, et de la pression qui y régnerait
si tout le dichlore était gazeux. Pour le savoir, seule la masse molaire est nécessaire.
Si cette pression est supérieure à la pression de vapeur saturante à 20 °C, le dichlore est partiellement liquide et la pression de la phase gazeuse est égale à cette pression saturante, qu’il
convient de calculer en utilisant ⌬ vap
.
• Quantité de matière et pression correspondante (sans phase liquide) :
n ϭ 1 000 g / 71 g.mol –1 ϭ 14 mol
p ϭ nRT/V ϭ 3,4.10 6 Pa ϭ 34 bars
• Pression de vapeur saturante :
La relation de Clausius-Clapeyron donne en ln [p/p°] ϭ 1,9, d’où p ϭ 6,8 bars.
La bouteille contient donc du dichlore liquide, en équilibre avec sa vapeur, sous la pression de
6,8 bars.
■ Que se passe-t-il dans la bouteille lorsqu’on laisse sortir du gaz ? Le dichlore qui
sort est-il fourni par la phase gazeuse, la phase liquide, ou les deux ?
Lorsqu’on ouvre le robinet, c’est évidemment du dichlore de la phase gazeuse qui sort, mais
cette perte est immédiatement compensée par la vaporisation d’une partie du liquide, puisque la
pression ne peut pas baisser. En définitif, c’est la quantité de liquide qui diminue.
H m
o
11 • Changements d’état physique de la matière – Diagramme de phases
Exercice 11.8
Voici quelques éléments de la fiche d’identité du dichlore Cl 2 :
Masse molaire 71 g.mol –1 ; Enthalpie vaporisation 20,4 kJ.mol –1 ;
Température de fusion – 101 °C ; Température critique 144 °C ;
Température de vaporisation normale – 34,5 °C ; Pression critique 77 bar ;
Enthalpie de fusion 6,4 kJ.mol –1 .
Parmi ces informations, lesquelles utiliserez-vous pour répondre à ces deux
questions :
a) Dans quel état physique se trouve le dichlore dans une bouteille en acier de
10 litres qui en contient 1 kg, à 20 °C ?
b) Une autre bouteille identique a déjà été utilisée : on en a laissé sortir
100 litres de dichlore gazeux. Comment peut-on reconnaître quelle est la
bouteille neuve ?
Solution
■ Dans quel état physique ce dichlore peut-il être ? (tous ne sont pas possibles,
certaines éventualités étant exclues).
Quelles sont les grandeurs-clés dont il faut déterminer la valeur ?
À 20 °C, il est exclu que le dichlore puisse être solide, puisque sa température de fusion est
– 101 °C (même si la pression est très élevée, car l’influence de la pression sur le point de fusion
est toujours minime). Il ne peut pas non plus entièrement être liquide, car un liquide est toujours
en équilibre avec sa vapeur, sauf s’il n’existe aucun espace libre au-dessus de sa surface, ce qui
n’est certainement pas le cas étant donné le volume de la bouteille.
Il ne reste donc que deux éventualités : ou il est entièrement gazeux, ou il est partiellement
liquéfié (liquide et gaz en équilibre).
Tout dépend de la quantité de dichlore que contient la bouteille, et de la pression qui y régnerait
si tout le dichlore était gazeux. Pour le savoir, seule la masse molaire est nécessaire.
Si cette pression est supérieure à la pression de vapeur saturante à 20 °C, le dichlore est partiellement liquide et la pression de la phase gazeuse est égale à cette pression saturante, qu’il
convient de calculer en utilisant ⌬ vap
.
• Quantité de matière et pression correspondante (sans phase liquide) :
n ϭ 1 000 g / 71 g.mol –1 ϭ 14 mol
p ϭ nRT/V ϭ 3,4.10 6 Pa ϭ 34 bars
• Pression de vapeur saturante :
La relation de Clausius-Clapeyron donne en ln [p/p°] ϭ 1,9, d’où p ϭ 6,8 bars.
La bouteille contient donc du dichlore liquide, en équilibre avec sa vapeur, sous la pression de
6,8 bars.
■ Que se passe-t-il dans la bouteille lorsqu’on laisse sortir du gaz ? Le dichlore qui
sort est-il fourni par la phase gazeuse, la phase liquide, ou les deux ?
Lorsqu’on ouvre le robinet, c’est évidemment du dichlore de la phase gazeuse qui sort, mais
cette perte est immédiatement compensée par la vaporisation d’une partie du liquide, puisque la
pression ne peut pas baisser. En définitif, c’est la quantité de liquide qui diminue.
H m
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