Chimie tout-en-un PSI-PSI* : Cours et exercices corrigés

Table des Matières......Page 6
1.1 Système et Univers......Page 14
1.2 Variables d'état et fonctions d'état......Page 15
1.3 Extensivité et intensivité......Page 16
1.4 Premier principe de la thermodynamique......Page 17
1.5 Second principe de la thermodynamique......Page 19
2.2 Autres fonctions rencontrées......Page 23
2.3 Notion de potentiels thermodynamiques......Page 24
2.4 Caractère extensif des fonctions U, S, H, V, F et G......Page 26
1.1 Quantité de matière......Page 28
1.3 Variables d'état......Page 29
1.4 Variables canoniques associées à une fonction d'état......Page 30
2.1 Introduction au potentiel chimique du corps pur......Page 31
2.2 Premières conséquences......Page 32
2.3 Potentiel chimique et grandeurs molaires......Page 33
2.4 Dérivées premières du potentiel chimique......Page 34
2.5 Dérivées secondes du potentiel chimique......Page 35
2.6 Relation de GIBBS-HELMHOLTZ......Page 38
3.2 Détermination de l'entropie molaire absolue......Page 39
3.3 Capacités thermiques molaires......Page 41
4.1 Les gaz......Page 49
4.3 Les solides......Page 50
5.1 Cas des gaz parfaits......Page 51
5.2 Cas des gaz réels......Page 52
5.3 Potentiel chimique d'un corps pur en phase condensée......Page 56
Exercices......Page 61
1.1 Introduction......Page 64
1.3 Diversité des phases......Page 65
2.2 Critères d'évolution d'un système......Page 67
2.3 Système évoluant à température et pression fixées......Page 68
2.4 Système évoluant à température et volume fixés......Page 69
2.5 Conséquence de l'existence de la condition d'équilibre......Page 70
3.1 Démonstration......Page 71
3.2 Chaleur latente de changement d'état......Page 72
3.3 Volumes molaires......Page 73
3.4 Interprétation de la relation de CLAUSIUS-CLAPEYRON......Page 74
4.1 Diagramme (T, p)......Page 75
4.2 Diagramme (Vm, p) (isothermes d'ANDREWS)......Page 77
Exercices......Page 79
Problèmes......Page 81
1.1 Compléments sur les fonctions de plusieurs variables......Page 84
1.2 Variables de GIBBS......Page 85
1.4 Relation de GIBBS-DUHEM......Page 86
1.5 Exemple du volume molaire partiel......Page 87
1.6 Potentiel chimique d'un constituant d'un mélange......Page 89
1.7 Relations entre grandeurs molaires partielles......Page 91
1.8 Équilibre de phase......Page 93
2.1 Les gaz parfaits......Page 95
2.2 Cas d'un mélange de gaz réels......Page 97
3.1 Étude expérimentale......Page 98
3.2 Expression du potentiel chimique d'un constituant d'un mélange idéal......Page 101
3.3 Potentiel chimique d'un constituant d'un mélange réel......Page 102
3.4 Interprétation physique des coefficients d'activité......Page 103
4.1 Applications de la relation de GIBBS-DUHEM......Page 106
4.2 Comportement asymptotique du potentiel chimique......Page 107
4.3 Lien avec la loi de HENRY......Page 109
5 Différentes expressions du potentiel chimique......Page 110
Exercices......Page 113
Problèmes......Page 116
1.1 Stoechiométrie d'une réaction......Page 120
1.2 Variable de DE DONDER......Page 121
1.3 Utilisation de la variable de DE DONDER......Page 122
1.4 Généralisation aux systèmes sièges de plusieurs réactions chimiques......Page 124
2.2 Introduction du second principe......Page 125
2.3 Relation entre affinité chimique et fonctions d'état usuelles......Page 126
3.1 Expression des potentiels chimiques......Page 128
3.3 Constante d'équilibre standard......Page 131
3.4 Influence de la température sur la constante d'équilibre......Page 132
3.5 Relations entre grandeurs standard de réaction......Page 134
3.6 Utilisation des grandeurs de réaction pour le calcul de variation de fonction au cours d'une réaction chimique......Page 141
4.1 Calcul de l'entropie standard de réaction à T = 298K......Page 143
4.2 Calcul de l'enthalpie standard de réaction......Page 145
4.3 Énergie de liaison......Page 147
4.4 Calcul des enthalpies standard de réaction à des températures différentes de 298 K......Page 150
Exercices......Page 154
Problèmes......Page 161
1 Variance......Page 170
1.2 Influence des conditions initiales......Page 171
1.3 Conséquences sur l'évolution d'un système chimique......Page 173
2.2 Expression de l'affinité chimique......Page 175
2.3 Influence de la température......Page 176
2.5 Influence de la dilution des réactions faisant intervenir un solvant, des solutés et des solides purs......Page 178
2.6 Introduction de constituants chimiques......Page 179
Exercices......Page 185
Problèmes......Page 189
1.1 Choix d'une convention d'écriture......Page 196
1.2 Grandeurs standard de réaction......Page 197
2.1 Une première démarche......Page 199
2.2 Une réinterprétation du diagramme......Page 201
2.3 Partition du plan pour un élément et ses oxydes......Page 203
2.4 Structure générale des diagrammes d'ELLINGHAM......Page 210
3.1 Cas de réaction entre solides......Page 212
3.2 L'exemple de la réduction des oxydes de fer......Page 214
Exercices......Page 221
Problèmes......Page 225
8 Oxydoréduction - Diagrammes potentiel-pH......Page 240
1.1 Potentiel de GALVANI et potentiel électrochimique......Page 241
1.2 Force électromotrice d'une pile et potentiel d'oxydoréduction. Affinité chimique......Page 245
1.3 Enthalpie libre standard de réaction associée à une demi-équation d'oxydoréduction......Page 251
1.4 Applications......Page 252
2 Tracé du diagramme E-pH de l'eau, principales conventions......Page 257
2.2 Diagramme E-pH de l'eau......Page 258
3.1 Conventions, diagramme de situation......Page 261
3.2 Équations des frontières......Page 264
4.1 Conventions, diagramme de situation......Page 268
4.2 Équations des frontières......Page 270
4.3 Utilisation du diagramme......Page 271
5.1 Conventions, diagramme de situation......Page 273
5.2 Équations des frontières......Page 274
6.1 Exemple simple, diagramme E-pSCN......Page 279
6.2 Présentation du diagramme complet......Page 281
Exercices......Page 285
Problèmes......Page 288
9 Courbes intensité-potentiel. Phénomènes de corrosion......Page 294
1.1 Domaine de stabilité d'une espèce......Page 295
1.2 Choix du pH......Page 296
1.3 Influence de la présence d'autres espèces en solution......Page 297
2.1 L'intensité : une mesure de la vitesse de réaction d'oxydoréduction......Page 298
2.2 Montage à trois électrodes......Page 299
2.3 Facteurs influençant la cinétique des réactions électrochimiques......Page 302
2.4 Utilisation des courbes intensité-potentiel......Page 306
2.5 Dégagement du dihydrogène à la surface des métaux......Page 309
3.1 Protection d'un métal par protection d'une couche d'oxyde......Page 310
3.3 Protection par potentiel imposé......Page 311
3.4 Protection par anode sacrificielle......Page 312
4.1 Anode en plomb......Page 313
4.2 Cathode en zinc......Page 315
4.3 Différence de potentiel à imposer......Page 316
4.4 Nécessité de purifier la solution de sulfate de zinc (II)......Page 317
4.5 Mise en œuvre industrielle......Page 318
Exercices......Page 323
Problèmes......Page 327
1.2 Formule développée......Page 334
1.4 Représentation topologique......Page 335
1.5 Représentations planes des molécules tridimensionnelles......Page 336
2.1 Étude de la molécule d'éthane......Page 337
2.2 Étude de la molécule de butane......Page 341
3 Stéréochimie de configuration : énantiomérie......Page 344
3.2 Énantiomérie......Page 345
3.3 Atome de carbone asymétrique......Page 346
3.4 Descripteurs stéréochimiques de CAHN, INGOLD et PRELOG......Page 347
3.5 Comparaison des propriétés physiques usuelles......Page 352
3.6 Activité optique......Page 353
4.2 Molécules avec deux atomes de carbone asymétriques......Page 356
4.3 Deux atomes de carbone asymétriques : cas dégénéré......Page 357
4.5 Diastéréomérie cis-trans due à une double liaison C=C......Page 358
4.6 Comparaison des propriétés physiques et chimiques des diastéréomères......Page 359
Exercices......Page 360
Problèmes......Page 361
1.1 Composés éthyléniques naturels et d'intérêt industriel......Page 364
1.3 Paramètres géométriques et énergétiques de la double liaison......Page 365
2.1 Présentation......Page 366
2.2 Addition électrophile d'halogénure d'hydrogène......Page 368
2.3 Addition électrophile d'eau : hydratation......Page 377
2.4 Addition électrophile de dihalogène : halogénation......Page 379
3.2 Mécanisme radicalaire en chaîne......Page 383
4.1 Connectivité......Page 385
4.2 Géométrie......Page 386
5.1 Mécanisme de la polymérisation anionique en chaîne......Page 387
5.2 Aspects cinétique et stéréochimique des polymérisations anioniques......Page 389
5.3 Aspect thermodynamique de la polymérisation en chaîne......Page 391
Exercices......Page 392
Corrigé des exercices du chapitre 2......Page 396
Corrigé des exercices du chapitre 3......Page 403
Corrigé des problèmes du chapitre 3......Page 406
Corrigé des exercices du chapitre 4......Page 409
Corrigé des problèmes du chapitre 4......Page 415
Corrigé des exercices du chapitre 5......Page 418
Corrigé des problèmes du chapitre 5......Page 429
Corrigé des exercices du chapitre 6......Page 451
Corrigé des problèmes du chapitre 6......Page 460
Corrigé des exercices du chapitre 7......Page 472
Corrigé des problèmes du chapitre 7......Page 480
Corrigé des exercices du chapitre 8......Page 500
Corrigé des problèmes du chapitre 8......Page 508
Corrigé des exercices du chapitre 9......Page 515
Corrigé des problèmes du chapitre 9......Page 518
Corrigé des exercices du chapitre 10......Page 521
Corrigé des problèmes du chapitre 10......Page 524
Corrigé des exercices du chapitre 11......Page 527
Index......Page 532