Section SMC S 5 TD Srie 1 Problme
Section: SMC, S 5 TD, Série 1 Problème N° 1 Sur la surface d’un solide à 20 °C, on mesure la quantité ramenée aux conditions standards TPN de divers gaz. Sachant que la surface du solide est de 19, 66 dm 2, et en supposant que chaque molécule occupe une surface égale au carré de son diamètre, calculez dans chacun des cas apparaissant dans le tableau qui suit, le nombre de monocouches de molécules. Molécules Volume TPN (cm 3) Diamètre moléculaire (nm) H 2 O 0, 354 0, 220 CO 2 0, 064 0, 418 N 2 0, 049 0, 375
Corrigé Problème N° 1 Le problème revient dans chacun des cas à calculer la surface du gaz absorbé en supposant qu’il forme une monocouche, S 1, une couche formée en épaisseur d’une seule molécule. Dans le cas de l’eau, en CGS on obtient : Avec σ = d 2 d=diamètre de la molécule Dans le cas de l’eau, en CGS on obtient : S 1 = 4 606 cm 2 Puisque la surface du solide est de 1 966 cm 2, il est recouvert de 4606/1966 = 2, 34 couche de molécules d’eau.
On calcule de la même façon le nombre de couche de molécules de gaz carbonique adsorbées S 1 = 3006 cm 2 Puisque la surface du solide est de 1966 cm 2, il est recouvert de 3006/1966 = 1, 53 couches de gaz carbonique.
On calcule de la même façon le nombre de couche de molécules d’azote adsorbées S 1 = 1852 cm 2 Puisque la surface du solide est de 1966 cm 2, il est recouvert de 1852/1966 = 0, 94 couches d’azote.
Problème N° 2 L'acide formique se décompose sur la surface d'un catalyseur à base d'or. Hinshelwood et Topley ont montré [J. Chem. Soc. , 123, 1014 (1923)] que la constante de vitesse, k, de la réaction est de 5, 5 10 -4 à 140 °C et 9, 2 10 -3 s-1 à 185 °C. Calculez l'énergie d'activation expérimentale de la réaction. Corrigé Problème N° 2 La relation entre l’énergie d’activation d’une réaction et la constante de vitesse est donnée par la relation suivante: Ln k = - Ea/RT + Ln C Entre deux températures T 1 et T 2, où les constantes sont égales à k 1 et k 2, on peut écrire : Ln k 1 - Ln k 2 = - Ea/R (1/T 1 - 1/T 2)
2, 817 8, 314 189 154 /45 = Ea Ea = 98, 44 k. J/mol
Problème N° 3 Soit un catalyseur (Oxyde de métal) de la réaction d’oxydation d’un hydrocarbure, dont nous voulons mesurer l’aire spécifique par la méthode BET : a) Pouvons-nous nettoyer la surface, avant la mesure, par un courant d’hydrogène à haute température. Justifiez votre réponse. b) D’après l’isotherme d’adsorption obtenue, le volume de gaz inerte pour saturer la première couche du catalyseur est de 30 cm 3. Si l’échantillon a une masse de 45 mg et la section d’encombrement du gaz adsorbé est de 18Å2, déduire l’aire spécifique du catalyseur. c) Au cours de l’oxydation de l’hydrocarbure le catalyseur a changé de composition chimique, comment peut-on déceler cela ?
Corrigé Problème N° 3 a) Si le catalyseur est un oxyde métallique (Mx. Oy), et que nous envoyons dessus un courant d’hydrogène, il est fort probable que l’hydrogène réagisse avec l’oxygène ce qui provoquera une réduction de notre catalyseur, Il vaut mieux éviter ce traitement, b) Calcul de l’aire spécifique: (système CGS) VB= 30 cm 3, m=45 mg, σ=18Å2 A=3, 2. 109 cm 2/g A=32. 104 m 2/g
d) Nous pouvons déceler le changement de composition du catalyseur, de plusieurs façons, - A vue d’œil, si jamais il y a un changement de couleur, - Par une analyse cristallographique, - Si jamais il y a un changement dans la vitesse de la réaction, nous pouvons suspecter une transformation du catalyseur, ou un empoisonnement.
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