Exercices sur la décomposition du pentaoxyde de diazote, Exercices de Chimie Organique
Renee88
Renee8823 April 2014

Exercices sur la décomposition du pentaoxyde de diazote, Exercices de Chimie Organique

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Exercices de sciences chimiques sur la décomposition du pentaoxyde de diazote. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: la loi des gaz parfaits, la transformation.
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Exerice 3: Décomposition du pentaoxyde de diazote (4 points)

Bac S Réunion 2010 EXERCICE 3 : Décomposition du pentaoxyde de diazote (4 points)

Les oxydes d’azote (N2O, N2O3, NO, NO2...) sont émis dans l’atmosphère par les installations de chauffage, les automobiles, les centrales thermiques, les volcans ou les orages. Ils participent à 3 phénomènes différents de pollution atmosphérique : - formation de pluies acides, - pollution photochimique : création de composés oxydants tels que l’ozone, - augmentation de l’effet de serre.

À température élevée, le pentaoxyde de diazote, de formule N2O5 se décompose selon la réaction lente suivante :

2 N2O5 (g) = 4 NO2 (g) + O2 (g) On se propose d’étudier la cinétique de cette réaction lente et totale. Protocole expérimental On place du pentaoxyde de diazote dans une enceinte fermée de volume V = 0,50 L à température constante T = 318 K. Un baromètre mesure l’évolution de la pression P de l’enceinte en fonction du temps. A t = 0, on mesure une pression P0 = 463,8 hPa = 4,638 × 104 Pa. Les mesures du rapport P/P0 en fonction du temps sont reportées dans le tableau ci-dessous.

Dates t en s 0 10 20 40 60 80 100

0

P

P 1,000 1,435 1,703 2,047 2,250 2,358 2,422

Tableau : mesure du rapport P/P0 en fonction du temps.

À partir de ces mesures, il est possible de déterminer l’avancement x de la réaction en fonction du temps et de représenter le graphique de l’avancement x en fonction du temps (figure 2 de l’annexe à remettre avec la copie). Données : Constante des gaz parfaits R = 8,31 J.mol1.K1. Équation d’état des gaz parfaits : PV = nGRT, nG correspondant à la quantité de matière totale de gaz du système chimique. On rappelle que dans cette expression P est en Pascal (Pa), V en mètres cubes (m3), nG en nombre de moles (mol) et T en Kelvin (K). On considère que tous les gaz se comportent, au cours de l’expérience, comme des gaz parfaits.

Questions 1. Soit n0 la quantité de matière initiale du pentaoxyde de diazote.

1.1. Montrer que n0 = 8,8.103 mol. 1.2. Compléter le tableau d’avancement de la transformation chimique étudiée en annexe

figure 1 à remettre avec la copie.

1.3. Montrer que l’avancement maximal xmax de la réaction a pour valeur 4,4 mmol.

2. Pour réaliser ce suivi temporel de la réaction, il a fallu trouver la relation entre 0

P

P et x.

2.1. En utilisant le tableau d’avancement, exprimer la quantité de matière totale de gaz nG en fonction de n0 et de x avancement de la réaction.

2.2. En déduire, en appliquant l’équation d’état des gaz parfaits, la relation suivante :

0 0

P 3x 1

P n  

2.3. En utilisant le résultat du 1.3, calculer le rapport max

0

P

P où Pmax est la valeur de la

pression de l’enceinte lorsque l’avancement maximal est atteint.

2.4. Justifier à l’aide du tableau de mesures en page précédente que la réaction n’est pas terminée à t = 100 s.

3. Étude de la cinétique de la réaction. Le volume V de l’enceinte étant constant, on définit la « vitesse volumique » de la réaction par :

v = 1 dx

. V dt

3.1.Comment varie la vitesse volumique de réaction au cours du temps ? Justifier à l’aide de la courbe en annexe figure 2à remettre avec la copie.

3.2 Définir le temps de demi-réaction t1/2 et déterminer sa valeur à l’aide du graphe.

Annexe (À remettre avec la copie)

Équation de la réaction 2 N2O5 (g) = 4 NO2(g) + O2(g)

État Avancement n(N2O5) n(NO2) n(O2)

Initial 0

Intermédiaire x

Figure 1

avancement en fonction du temps

Figure 2

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