Chimie générale CHE0501 • Polytechnique Montréal

Fiche de révision : le comportement des gaz (CHE0501)

Cette fiche ne refait pas le cours du module 1.4 de CHE0501, le comportement des gaz : elle liste ce qui coûte des points au contrôle périodique 2 et au problème de réacteur du final, et le geste qui évite chaque perte.

Ce que couvre la fiche

Les calculs du chapitre sont courts ; les points se perdent avant le calcul, quand on choisit quelle pression, quelle température et quelles moles mettre dans la formule.

Le réflexe à garder : avant d'écrire PV=nRTPV=nRT, convertir la lecture du manomètre en pression absolue, les degrés en kelvins, et faire la liste de TOUS les gaz présents. Constantes des annexes : R=8,314 kPa⋅L/(mol⋅K)=0,08206 L⋅atm/(mol⋅K)R=8{,}314\ \mathrm{kPa\cdot L/(mol\cdot K)}=0{,}08206\ \mathrm{L\cdot atm/(mol\cdot K)} ; 1 atm=101,325 kPa=760 mm Hg=14,696 psi1\ \mathrm{atm}=101{,}325\ \mathrm{kPa}=760\ \mathrm{mm\,Hg}=14{,}696\ \mathrm{psi}.

  • 9 pièges qui coûtent des points
  • 3 figures
  • 15 min de lecture
Faire les exercices du chapitre

Le fil du chapitre

La loi des gaz parfaits ne parle qu'en ABSOLU et en TOTAL : pression absolue (jamais la lecture d'un manomètre telle quelle), température en kelvins, et quantité TOTALE de gaz, inerte et excès compris, liquides exclus. Presque toutes les pertes de points du module 1.4 oublient l'un des trois.

Notions couvertes

  • Pression absolue
  • Pression de jauge
  • Manomètre en U
  • Loi de Boyle-Mariotte
  • Loi de Charles
  • Loi de Gay-Lussac
  • Loi d'Avogadro
  • Loi des gaz parfaits
  • Conditions TPN et TPS
  • Loi de Dalton
  • Pression partielle
  • Stœchiométrie des gaz

L'essentiel

Trois pressions, une seule entre dans PV = nRT

  • • La pression ABSOLUE se mesure depuis le vide parfait : c'est elle, et elle seule, qui entre dans PV=nRTPV=nRT, dans la loi combinée et dans la loi de Dalton.
  • • La pression ATMOSPHÉRIQUE, PatmP_{atm}, est absolue ; un baromètre la lit.
  • • La pression de JAUGE est l'écart avec l'air ambiant : Pabs=Pjauge+PatmP_{abs}=P_{jauge}+P_{atm}. Un manomètre à cadran, un détendeur, un manomètre à tube en U à bout ouvert lisent une jauge, qui peut être négative (vacuomètre).
  • • Un tube en U à bout FERMÉ, vide au-dessus du liquide, lit une pression absolue : P=ρghP=\rho g h, sans PatmP_{atm}.
  • • Unités : 1 atm=101,325 kPa=760 mm Hg=14,696 psi1\ \mathrm{atm}=101{,}325\ \mathrm{kPa}=760\ \mathrm{mm\,Hg}=14{,}696\ \mathrm{psi} ; 1 kPa=1000 Pa=1000 N/m21\ \mathrm{kPa}=1000\ \mathrm{Pa}=1000\ \mathrm{N/m^{2}}.
pressionP atm = 101 kPale « 0 » du manomètreP = 0 : vide parfait, le zéro absoluréservoirabsolue : 250 kPajauge : +149 kPavide partielabsolue : 30 kPajauge : −71 kPa
Le même zéro pour toutes les pressions absolues (le vide), un autre pour les jauges (PatmP_{atm}) : 250 kPa250\ \mathrm{kPa} absolus font +149 kPa+149\ \mathrm{kPa} de jauge, 30 kPa30\ \mathrm{kPa} absolus font −71 kPa-71\ \mathrm{kPa}.

Au contrôle, écrivez la conversion en toutes lettres : « lecture de jauge, donc Pabs=Pjauge+PatmP_{abs}=P_{jauge}+P_{atm} ». C'est la ligne que le correcteur cherche.

Une seule loi, et ses cas particuliers

  • • PV=nRTPV=nRT, TT en kelvins : T(K)=T(∘C)+273,15T(\mathrm{K})=T(^\circ\mathrm{C})+273{,}15. On prend la valeur de RR dont les unités sont celles des données.
  • • Deux états d'une même quantité de gaz : P1V1T1=P2V2T2\dfrac{P_{1}V_{1}}{T_{1}}=\dfrac{P_{2}V_{2}}{T_{2}}. Boyle-Mariotte (TT fixe), Charles (PP fixe), Gay-Lussac (VV fixe) en sont des cas ; Avogadro dit V∝nV\propto n.
  • • Avec la masse : M=mRTPVM=\dfrac{mRT}{PV} et ρ=PMRT\rho=\dfrac{PM}{RT}.
  • • Volume molaire : 22,4 L/mol22{,}4\ \mathrm{L/mol} à TPN (0 ∘C0\ ^\circ\mathrm{C}, 1 atm1\ \mathrm{atm}), 24,5 L/mol24{,}5\ \mathrm{L/mol} à TPS (25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, 1 atm1\ \mathrm{atm}), et nulle part ailleurs.
  • • Mélange : Pi=niRTV=xiPtotaleP_{i}=\dfrac{n_{i}RT}{V}=x_{i}P_{totale}, Ptotale=∑PiP_{totale}=\sum P_{i} (Dalton).
  • • Le modèle suppose des molécules ponctuelles et sans interactions : il convient d'autant mieux que la pression est basse et la température élevée.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Mettre la lecture du manomètre dans PV = nRT

toute la question, et la suite qui en dépend

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le manomètre indique 35,0 kPa35{,}0\ \mathrm{kPa} : n=35,0×8,008,314×293,15=0,115 moln=\dfrac{35{,}0\times 8{,}00}{8{,}314\times 293{,}15}=0{,}115\ \mathrm{mol}. »

Ce qu'il faut écrire

« Lecture de jauge : Pabs=35,0+101,3=136,3 kPaP_{abs}=35{,}0+101{,}3=136{,}3\ \mathrm{kPa}, donc n=136,3×8,008,314×293,15=0,447 moln=\dfrac{136{,}3\times 8{,}00}{8{,}314\times 293{,}15}=0{,}447\ \mathrm{mol}. »

Pourquoi : Près de la pression atmosphérique, l'écart est énorme : ici un facteur quatre. Le gaz pousse depuis le vide, pas depuis l'air ambiant.

2. Lire « 0 » comme « vide »

le vrai ou faux entier, et souvent une question de calcul

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le manomètre de la bouteille indique 0 : elle est vide. »

Ce qu'il faut écrire

« Jauge nulle : Pabs=PatmP_{abs}=P_{atm}. La bouteille contient encore n=PatmVRTn=\dfrac{P_{atm}V}{RT} moles de gaz. »

Pourquoi : Un manomètre de jauge mesure un écart avec l'air, jamais le vide. Une pression absolue nulle serait le vide parfait, qu'aucune bouteille n'atteint.

3. Se tromper de sens dans un tube en U

1 à 1,5 point, toute la question du manomètre

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Le mercure monte de 10,2 cm10{,}2\ \mathrm{cm} côté gaz : P=101,3+13,6=114,9 kPaP=101{,}3+13{,}6=114{,}9\ \mathrm{kPa}. »

Ce qu'il faut écrire

« Le liquide est plus haut côté gaz : c'est l'air qui pousse plus fort. P=101,3−13,6=87,7 kPaP=101{,}3-13{,}6=87{,}7\ \mathrm{kPa}. »

gazouverthplus haut côté ouvert :P gaz = P atm + ρghgazouverthplus haut côté gaz :P gaz = P atm − ρgh
Même tube, même hh, deux réponses : le liquide repoussé vers la branche ouverte dit Pgaz>PatmP_{gaz}>P_{atm} ; le liquide aspiré vers le gaz dit Pgaz<PatmP_{gaz}<P_{atm}.

Pourquoi : Le côté où le liquide est le plus HAUT est celui de la plus FAIBLE pression. On décide le signe sur la figure, puis on écrit l'égalité au niveau de la surface la plus basse.

4. Diviser des degrés Celsius

toute la question, et un facteur faux propagé

Ce qu'il ne faut pas écrire

« De 30 °C à 60 °C à pression constante, la température double, donc le volume double. »

Ce qu'il faut écrire

« V2V1=333,15 K303,15 K=1,10\dfrac{V_{2}}{V_{1}}=\dfrac{333{,}15\ \mathrm{K}}{303{,}15\ \mathrm{K}}=1{,}10 : le volume augmente de 10 %10\ \%. »

Pourquoi : Le zéro de l'échelle Celsius est conventionnel : un rapport de températures n'a de sens qu'en kelvins. Dans un rapport, les pressions et les volumes gardent n'importe quelle unité commune, la température jamais.

5. Prendre 22,4 L/mol hors des TPN

0,5 à 1 point : 9 % d'écart

Ce qu'il ne faut pas écrire

« 3,00 mol3{,}00\ \mathrm{mol} à 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C} et 1 atm1\ \mathrm{atm} occupent 3,00×22,4=67,2 L3{,}00\times 22{,}4=67{,}2\ \mathrm{L}. »

Ce qu'il faut écrire

« V=nRTP=3,00×0,08206×298,151,00=73,4 LV=\dfrac{nRT}{P}=\dfrac{3{,}00\times 0{,}08206\times 298{,}15}{1{,}00}=73{,}4\ \mathrm{L}, soit 24,5 L/mol24{,}5\ \mathrm{L/mol} à TPS. »

Pourquoi : Le volume molaire dépend de la température et de la pression. Les deux valeurs du cours ne valent qu'à TPN et à TPS ; ailleurs, on calcule.

6. Additionner des pressions mesurées dans des volumes différents

toute la question de mélange

Ce qu'il ne faut pas écrire

« 10,0 L10{,}0\ \mathrm{L} à 2,00 atm2{,}00\ \mathrm{atm} et 5,00 L5{,}00\ \mathrm{L} à 6,00 atm6{,}00\ \mathrm{atm}, reliés : P=2,00+6,00=8,00 atmP=2{,}00+6{,}00=8{,}00\ \mathrm{atm}. »

Ce qu'il faut écrire

« Chaque gaz occupe les 15,0 L15{,}0\ \mathrm{L} : P=2,00×10,0+6,00×5,0015,0=3,33 atmP=\dfrac{2{,}00\times 10{,}0+6{,}00\times 5{,}00}{15{,}0}=3{,}33\ \mathrm{atm}. »

Pourquoi : La loi de Dalton additionne des pressions partielles dans le MÊME volume. On ramène d'abord chaque gaz au volume commun, P1V1=P2V2P_{1}V_{1}=P_{2}V_{2}.

7. Comparer des volumes mesurés dans des conditions différentes

le réactif limitant, donc tout le problème

Ce qu'il ne faut pas écrire

« 30,0 L30{,}0\ \mathrm{L} de A contre 20,0 L20{,}0\ \mathrm{L} de B, coefficients 1 et 1 : B est limitant. »

Ce qu'il faut écrire

« A à 50,0 kPa50{,}0\ \mathrm{kPa} et 27,0 ∘C27{,}0\ ^\circ\mathrm{C} : 0,601 mol0{,}601\ \mathrm{mol} ; B à 2,00 atm2{,}00\ \mathrm{atm} et 27,0 ∘C27{,}0\ ^\circ\mathrm{C} : 1,62 mol1{,}62\ \mathrm{mol}. A est limitant. »

Pourquoi : Avogadro ne compare des volumes qu'à mêmes pression et température. Dès que les conditions diffèrent, on convertit chaque gaz en moles, dans SES conditions.

8. Oublier le gaz inerte ou le réactif en excès

2 à 3 points : pression finale, rendement et pressions partielles faux

Ce qu'il ne faut pas écrire

« L'argon ne réagit pas, je ne le compte pas : ntotale=n(N2)+n(H2)+n(NH3)n_{totale}=n(\mathrm{N_{2}})+n(\mathrm{H_{2}})+n(\mathrm{NH_{3}}). »

Ce qu'il faut écrire

« L'argon ne réagit pas, mais il pousse : ntotale=n(Ar)+n(N2)+n(H2)+n(NH3)n_{totale}=n(\mathrm{Ar})+n(\mathrm{N_{2}})+n(\mathrm{H_{2}})+n(\mathrm{NH_{3}}), avant comme après. »

avant : 11 molécules3 Ar, 2 N₂, 6 H₂après : 7 molécules3 Ar, 4 NH₃ArN₂H₂NH₃
Onze molécules de gaz deviennent sept : la pression totale baisse dans le rapport 711\dfrac{7}{11} à VV et TT fixés, mais l'argon garde ses trois molécules, donc sa pression partielle.

Pourquoi : La pression compte toutes les molécules de gaz, quelle que soit leur nature. Oublier l'inerte peut donner un rendement négatif, ce qui signale l'oubli.

9. Compter l'eau liquide dans PV = nRT

1 point sur la pression finale

Ce qu'il ne faut pas écrire

« À 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, ngaz=n(CO2)+n(O2)+n(H2O)n_{gaz}=n(\mathrm{CO_{2}})+n(\mathrm{O_{2}})+n(\mathrm{H_{2}O}). »

Ce qu'il faut écrire

« À 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, l'eau est liquide : seule sa vapeur compte, à sa pression de vapeur, P=(nCO2+nO2)RTV+3,17 kPaP=\dfrac{(n_{CO_{2}}+n_{O_{2}})RT}{V}+3{,}17\ \mathrm{kPa}. »

Pourquoi : La loi des gaz parfaits ne décrit que la phase gazeuse. Après refroidissement d'une combustion, l'eau formée se condense presque entièrement.

Quelle méthode choisir

Quelle relation selon l'énoncé

Regardez ce que l'énoncé donne et ce qui change.

  • Si un seul état du gaz, et on cherche PP, VV, TT ou nn → PV=nRTPV=nRT, pression absolue, kelvins

    Exemple : n=136,3×8,008,314×293,15=0,447 moln=\dfrac{136{,}3\times 8{,}00}{8{,}314\times 293{,}15}=0{,}447\ \mathrm{mol}

  • Si deux états d'une même quantité de gaz → loi combinée, en rapports ; seules les températures se convertissent

    Exemple : P2=1,00×4,002,00×373,15273,15=2,73 atmP_{2}=1{,}00\times\dfrac{4{,}00}{2{,}00}\times\dfrac{373{,}15}{273{,}15}=2{,}73\ \mathrm{atm}

  • Si une masse et un volume de gaz, ou « identifiez le gaz » → M=mRTPVM=\dfrac{mRT}{PV} ou ρ=PMRT\rho=\dfrac{PM}{RT}

    Exemple : ρ(CO2)=101,3×44,018,314×298,15=1,80 g/L\rho(\mathrm{CO_{2}})=\dfrac{101{,}3\times 44{,}01}{8{,}314\times 298{,}15}=1{,}80\ \mathrm{g/L}

  • Si plusieurs gaz dans un même récipient → Dalton : chaque gaz ramené au volume commun, puis Ptotale=∑PiP_{totale}=\sum P_{i}

    Exemple : xi=PiPtotale=nintotalex_{i}=\dfrac{P_{i}}{P_{totale}}=\dfrac{n_{i}}{n_{totale}}

  • Si une réaction entre gaz → moles d'abord, xmaxx_{max}, puis bilan de tous les gaz et PV=ntotaleRTPV=n_{totale}RT

    Exemple : C3H8+5 O2\mathrm{C_{3}H_{8}}+5\,\mathrm{O_{2}} : ntotalen_{totale} final avec CO2\mathrm{CO_{2}}, H2O(g)\mathrm{H_{2}O(g)}, O2\mathrm{O_{2}} en excès, inerte

Si l'énoncé donne une pression lue sur un manomètre, la première ligne de la copie est toujours la conversion en pression absolue, avant tout choix de relation.

Que lit cet instrument ?

Regardez l'instrument, pas le nombre.

  • Si manomètre à cadran, détendeur, « psi » sur une bouteille → pression de jauge : ajouter PatmP_{atm}

    Exemple : 1,00×102 psi=689 kPa1{,}00\times 10^{2}\ \mathrm{psi}=689\ \mathrm{kPa} de jauge, 791 kPa791\ \mathrm{kPa} absolus

  • Si tube en U à bout ouvert → jauge ±ρgh\pm\rho g h : signe lu sur la figure

    Exemple : ρgh=13 600×9,81×0,102=13,6 kPa\rho g h=13\,600\times 9{,}81\times 0{,}102=13{,}6\ \mathrm{kPa}

  • Si tube en U à bout fermé, ou baromètre → pression absolue directement, ρgh\rho g h sans PatmP_{atm}

    Exemple : 760 mm Hg=101,325 kPa760\ \mathrm{mm\,Hg}=101{,}325\ \mathrm{kPa}

  • Si piston qui « impose » une pression, capteur « absolu » → l'énoncé le dit : déjà absolue, on n'ajoute rien

    Exemple : 32,4 psi32{,}4\ \mathrm{psi} absolus =223,4 kPa=223{,}4\ \mathrm{kPa}

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Problème de réacteur, au format du contrôle périodique

Quand l'utiliser : « Calculez la pression finale (ou la température, ou une pression partielle) dans le réacteur » après une réaction entre gaz.

  1. 1 Écrire l'équation équilibrée, états compris, et dire quelles espèces sont gazeuses à la température finale.
  2. 2 Convertir chaque réactif en moles dans SES conditions : mM\dfrac{m}{M} ou PVRT\dfrac{PV}{RT}, pressions absolues, kelvins.
  3. 3 Trouver le réactif limitant par le plus petit xmax=niνix_{max}=\dfrac{n_{i}}{\nu_{i}}.
  4. 4 Dresser le bilan final de TOUTES les espèces gazeuses : produits, réactif en excès, gaz inerte ; exclure solides et liquides.
  5. 5 Appliquer PV=ntotaleRTPV=n_{totale}RT à la température finale en kelvins ; une pression partielle vaut xiPtotalex_{i}P_{totale}.
  6. 6 Donner la réponse avec ses unités et ses chiffres significatifs, justifiés par les données.

Phrase de conclusion

« À 500 ∘C500\ ^\circ\mathrm{C}, le réacteur contient 1,20 mol1{,}20\ \mathrm{mol} de CO2\mathrm{CO_{2}}, 1,60 mol1{,}60\ \mathrm{mol} de H2O(g)\mathrm{H_{2}O(g)}, 0,50 mol0{,}50\ \mathrm{mol} de O2\mathrm{O_{2}} en excès et 2,00 mol2{,}00\ \mathrm{mol} d'argon, soit 5,30 mol5{,}30\ \mathrm{mol} de gaz : P=ntotaleRTV=5,30×8,314×773,1550,0=681 kPaP=\dfrac{n_{totale}RT}{V}=\dfrac{5{,}30\times 8{,}314\times 773{,}15}{50{,}0}=681\ \mathrm{kPa}. »

Le piège : Sauter l'étape 4 : c'est elle qui rapporte le point de la pression finale, et c'est là qu'on oublie l'inerte ou l'excès.

Barème : Sur 3 points, à titre indicatif : équation et moles 1, limitant et bilan 1, pression finale avec unités et chiffres significatifs 1.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

  • Le signe et le bon sens physique

    Une pression absolue est positive, une quantité de matière aussi, un rendement est compris entre 0 et 100 %. Un résultat hors de ces bornes signale une pression de jauge prise pour absolue ou un gaz oublié.

    Un rendement de synthèse négatif après une lecture de pression : l'argon du réacteur a été oublié dans le total.

  • L'ordre de grandeur par le volume molaire

    Près de la température ambiante et sous une atmosphère, une mole de gaz occupe environ 24 L. Divisez le volume par 24 et comparez à vos moles.

    50,0 L50{,}0\ \mathrm{L} à TPS : environ 2 mol2\ \mathrm{mol} ; un calcul qui donne 0,020{,}02 ou 200 mol200\ \mathrm{mol} cache une unité (mL, Pa) mal convertie.

  • Le sens du tube en U

    Relisez la figure après le calcul : le côté où le liquide est le plus haut doit être celui de la plus faible pression.

    Mercure plus haut côté gaz et Pgaz>PatmP_{gaz}>P_{atm} trouvé : le signe de ρgh\rho g h est inversé.

  • Les sommes de Dalton

    Les fractions molaires somment à 1, les pressions partielles à la pression totale.

    0,928+0,464+0,389=1,78 atm0{,}928+0{,}464+0{,}389=1{,}78\ \mathrm{atm} : les trois pressions partielles redonnent la totale.

L'exercice type décortiqué

Le coussin gonflable gonflé à une pression de jauge

Un coussin gonflable de 60,0 L60{,}0\ \mathrm{L} doit atteindre, juste après son déploiement, une pression de jauge de 15,0 kPa15{,}0\ \mathrm{kPa}, les gaz étant à 80,0 ∘C80{,}0\ ^\circ\mathrm{C} ; la pression atmosphérique vaut 101,3 kPa101{,}3\ \mathrm{kPa}. Le diazote vient de la décomposition de l'azoture de sodium : 2 NaN3(s)→2 Na(s)+3 N2(g)2\,\mathrm{NaN_{3}(s)}\rightarrow 2\,\mathrm{Na(s)}+3\,\mathrm{N_{2}(g)}. Quelle masse de NaN3\mathrm{NaN_{3}} faut-il prévoir ? M(NaN3)=65,02 g/molM(\mathrm{NaN_{3}})=65{,}02\ \mathrm{g/mol}.

Étape 1

Pabs=Pjauge+Patm=15,0+101,3=116,3 kPaP_{abs}=P_{jauge}+P_{atm}=15{,}0+101{,}3=116{,}3\ \mathrm{kPa}

Pourquoi

Une pression « de jauge » ou lue sur un manomètre se convertit AVANT tout : c'est le premier point de la copie.

Étape 2

T=80,0+273,15=353,15 KT=80{,}0+273{,}15=353{,}15\ \mathrm{K}

Pourquoi

Les gaz sont chauds au déploiement : la température de l'énoncé, en kelvins, et non une température ambiante supposée.

Étape 3

n(N2)=PVRT=116,3 kPa×60,0 L8,314 kPa⋅Lmol⋅K×353,15 K=2,38 moln(\mathrm{N_{2}})=\dfrac{PV}{RT}=\dfrac{116{,}3\ \mathrm{kPa}\times 60{,}0\ \mathrm{L}}{8{,}314\ \dfrac{\mathrm{kPa\cdot L}}{\mathrm{mol\cdot K}}\times 353{,}15\ \mathrm{K}}=2{,}38\ \mathrm{mol}

Pourquoi

On choisit RR en kPa·L : aucune unité à convertir, et les unités s'annulent pour laisser des moles.

Étape 4

n(NaN3)=2,377 mol N2×2 mol NaN33 mol N2=1,584 moln(\mathrm{NaN_{3}})=2{,}377\ \mathrm{mol\ N_{2}}\times\dfrac{2\ \mathrm{mol\ NaN_{3}}}{3\ \mathrm{mol\ N_{2}}}=1{,}584\ \mathrm{mol}

Pourquoi

Le rapport stœchiométrique s'écrit comme un facteur de conversion : on voit les moles de N₂ s'annuler.

Étape 5

m=1,584 mol×65,02 g/mol=103 gm=1{,}584\ \mathrm{mol}\times 65{,}02\ \mathrm{g/mol}=103\ \mathrm{g}

Pourquoi

Trois chiffres significatifs, ceux des données (60,060{,}0 L, 15,015{,}0 kPa, 80,080{,}0 °C).

Étape 6

Contrôle : 2,38 mol×24,5 L/mol=58 L2{,}38\ \mathrm{mol}\times 24{,}5\ \mathrm{L/mol}=58\ \mathrm{L} à TPS ; un peu plus chaud et un peu plus comprimé, 60,0 L60{,}0\ \mathrm{L} est cohérent.

Pourquoi

L'ordre de grandeur se vérifie en dix secondes et attrape une jauge oubliée, qui diviserait le résultat par huit.

Conclusion rédigée

Il faut prévoir 103 g103\ \mathrm{g} d'azoture de sodium.

L'erreur classique sur cet exercice : Prendre 15,0 kPa15{,}0\ \mathrm{kPa} dans PV=nRTPV=nRT : on trouve 0,307 mol0{,}307\ \mathrm{mol} de diazote et 13,3 g13{,}3\ \mathrm{g} d'azoture, un coussin qui ne se gonfle pas.

À savoir par cœur

  • • Pabs=Pjauge+PatmP_{abs}=P_{jauge}+P_{atm} ; manomètre et détendeur lisent une JAUGE, baromètre et tube fermé une pression absolue.
  • • 1 atm=101,325 kPa=760 mm Hg=14,696 psi1\ \mathrm{atm}=101{,}325\ \mathrm{kPa}=760\ \mathrm{mm\,Hg}=14{,}696\ \mathrm{psi}.
  • • PV=nRTPV=nRT, TT en KELVINS, R=8,314 kPa⋅L/(mol⋅K)=0,08206 L⋅atm/(mol⋅K)R=8{,}314\ \mathrm{kPa\cdot L/(mol\cdot K)}=0{,}08206\ \mathrm{L\cdot atm/(mol\cdot K)}.
  • • TPN : 0 ∘C0\ ^\circ\mathrm{C}, 1 atm1\ \mathrm{atm}, 22,4 L/mol22{,}4\ \mathrm{L/mol} ; TPS : 25 ∘C25\ ^\circ\mathrm{C}, 1 atm1\ \mathrm{atm}, 24,5 L/mol24{,}5\ \mathrm{L/mol}.
  • • Tube en U : ΔP=ρgh\Delta P=\rho g h, et le côté le plus HAUT est celui de la plus FAIBLE pression.
  • • ρ=PMRT\rho=\dfrac{PM}{RT} ; Pi=xiPtotaleP_{i}=x_{i}P_{totale} ; un gaz inerte compte dans le total et garde sa pression partielle.
  • • Réacteur : moles, x max, bilan de TOUS les gaz, puis PV = nRT à la température finale.

Questions fréquentes

Quelle est la différence entre pression absolue et pression de jauge ?

La pression absolue se mesure à partir du vide parfait ; la pression de jauge est l'écart avec l'air ambiant. On passe de l'une à l'autre en ajoutant la pression atmosphérique à la lecture de jauge. Un manomètre de bouteille ou un détendeur affiche une jauge, et la loi des gaz parfaits demande toujours la pression absolue.

Comment lire un manomètre en U à bout ouvert ?

On repère d'abord de quel côté le liquide est le plus haut : c'est le côté de la plus faible pression. Si le liquide est repoussé vers la branche ouverte, le gaz est au-dessus de la pression atmosphérique et on ajoute rho g h ; s'il monte côté gaz, on le retranche. La hauteur se met en mètres et la masse volumique en kilogrammes par mètre cube.

Faut-il utiliser 22,4 L/mol ou 24,5 L/mol pour un gaz ?

Ni l'un ni l'autre, sauf aux conditions exactes où ils valent : 22,4 litres par mole à 0 degré Celsius et 1 atmosphère (TPN), 24,5 litres par mole à 25 degrés et 1 atmosphère (TPS). Dans toute autre condition, on calcule le volume par la loi des gaz parfaits, avec la pression absolue et la température en kelvins.

Comment calculer la pression finale dans un réacteur après une réaction entre gaz ?

On convertit chaque réactif en moles, on trouve le réactif limitant, puis on fait le bilan de toutes les espèces gazeuses présentes à la fin : produits, réactif en excès et gaz inerte. On n'y met ni les solides ni les liquides. La pression vient ensuite de la loi des gaz parfaits, avec la quantité totale et la température finale en kelvins.

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Exercices corrigés : Le comportement des gaz

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

  • 10 exercices corrigés
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  • 150 minutes
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© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/che0501-comportement-gaz. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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