S’entraîner : Optimisation d'un procédé chimique : variance et déplacement d'équilibre

Ce que vous travaillez

Choisir les conditions d'un procédé industriel à partir de la thermodynamique. Degrés de liberté d'un système à l'équilibre : nombre de paramètres intensifs indépendants (variance), influence d'une contrainte imposée par l'expérimentateur. Effet d'une variation isobare de température sur la constante d'équilibre (le sens dicté par le caractère exo- ou endothermique), effet d'une variation isotherme de pression totale sur l'avancement d'un équilibre en phase gazeuse (le sens dicté par la variation du nombre de moles de gaz), effet de l'ajout d'un constituant actif ou d'un constituant inerte à température et pression fixées. Rupture d'équilibre : disparition d'une phase condensée, et pourquoi le raisonnement de déplacement cesse alors de s'appliquer. Confrontation du rendement thermodynamique au coût de la contrainte et à la vitesse de la transformation : l'optimum industriel n'est jamais l'optimum thermodynamique seul.

À maîtriser avant de commencer

Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.

• État d'équilibre et constante d'équilibre — Transformation non totale, équilibre dynamique, quotient de réaction Q_r, constante K, taux d'avancement final, sens d'évolution spontané.
• Déplacement d'équilibre — Influence de la température (loi de Van 't Hoff), de la pression et de la composition sur un équilibre ; principe de modération (Le Chatelier) ; optimisation d'une synthèse.
• Aspects énergétiques des transformations chimiques — Transformation exothermique/endothermique, énergie molaire de réaction, énergie libérée par une combustion, pouvoir calorifique, bilan énergétique.
• Volume molaire d'un gaz — V_m (≈ 24 L/mol à 20 °C et 1013 hPa), n = V / V_m, indépendance de la nature du gaz (loi d'Avogadro-Ampère).
• Modèle du gaz parfait — Interprétation microscopique de la pression et de la température, équation d'état p V = n R T, température absolue en kelvin.
• Premier principe de la thermodynamique — ΔU = W + Q pour un système fermé, travail des forces de pression, transformations isotherme, isochore, isobare, adiabatique.
• Fonction logarithme népérien — Réciproque de l'exponentielle, ln(ab) = ln a + ln b, ln(a^n) = n ln a, variations, dérivée 1/x, résolution d'équations e^x = k.
• Grandeurs standard de réaction et enthalpie libre — État standard et grandeurs standard de réaction ; enthalpie standard de réaction obtenue par la loi de Hess à partir des enthalpies standard de formation ; entropie standard de réaction et signe prévisible d'après le désordre ; enthalpie libre standard reliant enthalpie, entropie et température ; relation entre enthalpie libre standard et constante d'équilibre ; enthalpie libre de réaction, quotient de réaction et critère d'évolution spontanée ; influence de la température sur la constante d'équilibre (relation de van 't Hoff).

Comment se déroule la séance

Cette séance s’appuie sur 1 exercice vérifié. Chacun produit un nouvel énoncé à chaque ouverture, avec une solution calculée.

Formats de réponse : Réponse numérique (1). Difficulté 4 sur 5. Environ 5 minutes pour un premier passage.

Dans votre compte : aide graduée (indice, rappel de cours, aide au démarrage), corrigé pas à pas après chaque tentative, suivi de vos progrès.

Essayez un exercice, sans compte

Un exercice réel de cette séance, le même pour chaque visiteur. Répondez, puis vérifiez : la correction est calculée, et le corrigé s’affiche après votre tentative.

Pour aller plus loin

• Lire le début du cours : Optimisation d'un procédé chimique : variance et déplacement d'équilibre
• Fiche de révision : Thermodynamique chimique (Prépa 2e année)
• Tous les entraînements de Chimie