Carnet de Thermodynamique - Chimie UE5 PASS

Flashcards de révision basées sur le carnet N°1 de Thermodynamique (UE5 Chimie PASS) du Tutorat Santé Paris-Saclay.

Qu'est-ce qu'un système thermodynamique et comment est défini le milieu extérieur ?

Un système est un ensemble matériel limité par une surface fermée matérielle ou immatérielle. Tout ce qui ne fait pas partie du système constitue le milieu extérieur. L'ensemble système + milieu extérieur forme l'univers.

Quelles sont les caractéristiques des quatre types de systèmes thermodynamiques (ouvert, fermé, isolé, adiabatique) ?

Un système ouvert échange matière et énergie; un système fermé échange seulement de l'énergie; un système isolé n'échange ni matière ni énergie; un système adiabatique échange uniquement du travail et pas de chaleur ($Q = 0$).

Quelle est l'équation d'état des gaz parfaits et quelles sont les valeurs des constantes associées ?

L'équation est $P \cdot V = n \cdot R \cdot T$ avec $R = 8,314\,J\,mol^{-1}\,K^{-1}$, la pression $P$ en Pascal ($1\,bar = 10^5\,Pa$), le volume $V$ en $m^3$, et la température $T(K) = T(^\circ C) + 273,15$.

Quelle est la différence entre une grandeur intensive et une grandeur extensive ?

Une grandeur intensive est indépendante de la quantité de matière ($P$, $T$, $C$), tandis qu'une grandeur extensive varie en fonction de la quantité de matière ($m$, $V$, $n_i$).

Quelle est la différence entre les nombres stœchiométriques arithmétiques et algébriques ?

Les nombres arithmétiques sont toujours positifs. Les nombres algébriques sont positifs pour les produits et négatifs pour les réactifs.

Quelle est l'expression de l'activité chimique ($a$) pour un liquide pur et un gaz pur ?

Pour un liquide pur, $a = 1$. Pour un gaz pur, $a = \frac{P}{P^\circ}$ avec la pression standard $P^\circ = 1\,bar = 10^5\,Pa$.

Comment le quotient de réaction $Q_r$ permet-il de déterminer le sens d'évolution d'un système par rapport à $K^\circ$ ?

Si $Q_r < K^\circ$, la réaction évolue dans le sens direct; si $Q_r = K^\circ$, le système est à l'équilibre; si $Q_r > K^\circ$, elle évolue dans le sens indirect.

Qu'énonce le premier principe de la thermodynamique ?

Il énonce la conservation de l'énergie interne : $\Delta U = W + Q = \text{cste}$. La transformation du système s'effectue sans création ni destruction d'énergie.

À quoi correspondent la variation d'enthalpie $\Delta H$ et la variation d'énergie interne $\Delta U$ à pression ou volume constant ?

À pression constante, $\Delta H = Q_p$ (chaleur à pression constante). À volume constant, $\Delta U = Q_v$ (chaleur à volume constant).

Comment qualifie-t-on une réaction selon le signe de son enthalpie standard de réaction $\Delta_r H^\circ$ ?

Si $\Delta_r H^\circ > 0$, la réaction consomme de l'énergie et est dite endothermique. Si $\Delta_r H^\circ < 0$, elle produit de l'énergie (chaleur) et est dite exothermique.

Quelle est la valeur de l'enthalpie standard de formation d'un corps pur simple dans son état standard à $298\,K$ ?

Par convention, l'enthalpie standard de formation d'un corps pur simple sous sa forme la plus stable à $298\,K$ est nulle ($\Delta_f H^\circ = 0\,J\,mol^{-1}$).

Quelle est l'utilité de la loi de Kirchhoff ?

Elle permet de calculer l'enthalpie d'une réaction à une température $T_2$ à partir de l'enthalpie à $T_1$ et des capacités calorifiques $C_p$ des composés.

Qu'énonce le deuxième principe de la thermodynamique pour un système isolé ?

L'entropie $S$ d'un système isolé ne peut jamais diminuer ($dS \ge 0$). Il y a création ou conservation d'entropie, mais jamais destruction.

Pourquoi la variation d'entropie $\Delta S$ est-elle nulle lors d'une transformation adiabatique réversible ?

Elle est nulle ($\Delta S = 0$) car une transformation réversible ne crée pas d'entropie ($S_c = 0$) et une transformation adiabatique n'échange pas d'entropie avec le milieu extérieur ($S_e = 0$).

Qu'énonce l'approximation d'Ellingham ?

Elle considère que l'enthalpie standard de réaction ($\Delta_r H^\circ$) et l'entropie standard de réaction ($\Delta_r S^\circ$) sont indépendantes de la température en l'absence de changement d'état sur un intervalle donné.

Comment varie l'enthalpie libre $\Delta_r G$ pour déterminer le sens d'une réaction ?

Si $\Delta_r G < 0$, la réaction se déplace dans le sens direct. Si $\Delta_r G > 0$, la réaction se déplace dans le sens indirect. Si $\Delta_r G = 0$, le système est à l'équilibre.

Quelle formule relie l'enthalpie libre standard $\Delta_r G^\circ$ et la constante d'équilibre $K$ à l'équilibre ?

À l'équilibre, $\Delta_r G^\circ = -R \cdot T \cdot \ln(K)$

Comment est définie la température d'inversion $T_{inv}$ ?

C'est la température pour laquelle $\Delta_r G^\circ = 0$, exprimée par $T_{inv} = \frac{\Delta_r H^\circ}{\Delta_r S^\circ}$.

Qu'énonce la loi de Hess pour la variation d'enthalpie d'une réaction ?

L'enthalpie étant une fonction d'état, sa variation ne dépend que de l'état initial et de l'état final : $\Delta_r H = \sum_i (\nu_i \times \Delta_f H_i)$.

Dans la synthèse de l'ammoniac $N_{2(g)} + 3\,H_{2(g)} \rightleftharpoons 2\,NH_{3(g)}$, quelles sont les valeurs de $\Delta_r H^\circ$ et $\Delta_r S^\circ$ à $298\,K$ ?

À $298\,K$, $\Delta_r H^\circ = -92,2\,kJ\,mol^{-1}$ et $\Delta_r S^\circ = -198,1\,J\,K^{-1}\,mol^{-1}$.