Chemistry Labs

Olympiade Internationale de Chimie · Année 2015

Problèmes

  1. Problème 1Frigorigènes nouveaux et anciens. On compare thermodynamiquement des frigorigènes dans un cycle de réfrigération modèle : le liquide bout à pression p1p_1 et température T1T_1 constantes (absorbant la chaleur QQ), la vapeur est comprimée de façon réversible et adiabatique jusqu'à T2T_2 (travail WW), puis refroidie à pression p2p_2 constante avant de revenir à l'état initial. Pour 1 mole de frigorigène, T1=280T_1 = 280 K, T2=380T_2 = 380 K, vapeur parfaite : NHX3\ce{NH3} — ΔHvap=21.3\Delta H_{vap} = 21.3 kJ mol−1^{-1}, CV(gaz)=26.7C_V(\text{gaz}) = 26.7 J K−1^{-1} mol−1^{-1} ; CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} — 20.020.0 kJ mol−1^{-1} et 48.848.8 J K−1^{-1} mol−1^{-1} ; CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} — 22.122.1 kJ mol−1^{-1} et 7979 J K−1^{-1} mol−1^{-1} ; CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — 19.119.1 kJ mol−1^{-1} et 120120 J K−1^{-1} mol−1^{-1}. (a) Calculer QQ et WW pour NHX3\ce{NH3} et CHFX2Cl\ce{CHF2Cl}. (b) Le coefficient de performance est COP=Q/WCOP = Q/W ; le calculer pour les deux frigorigènes. (c) Calculer le COP de CFX3CHX2F\ce{CF3CH2F} et CFX3CF=CHX2\ce{CF3CF=CH2} — l'efficacité a-t-elle augmenté par rapport à CHFX2Cl\ce{CHF2Cl} ?Solutions: 1
  2. Problème 3Deux centres de liaison — compétition ou coopération ? Une molécule hôte H possède deux centres de liaison aa et bb d'affinités différentes pour un invité G : H+G⇌HGa\ce{H + G <=> HGa} (KaK_a) et H+G⇌HGb\ce{H + G <=> HGb} (KbK_b). La fixation d'un G peut modifier l'affinité du second centre, décrite par le facteur d'interaction β\beta : la seconde étape HGa+G⇌HGX2\ce{HGa + G <=> HG2} (G se lie au centre bb) a pour constante βKb\beta K_b (HG2 est le complexe doublement lié). (a) Donner les domaines de β\beta correspondant à la coopération, la compétition et l'indépendance. (b) Exprimer la constante d'équilibre de HGb+G⇌HGX2\ce{HGb + G <=> HG2} en fonction de KaK_a, KbK_b, β\beta. (c) Une solution est préparée avec [H]0=1[\ce{H}]_0 = 1 et [G]0=2[\ce{G}]_0 = 2 mol dm−3^{-3}. À l'équilibre, [H][\ce{H}] a diminué d'un facteur 10 et [G][\ce{G}] d'un facteur 4. Sachant Kb=2KaK_b = 2K_a, déterminer les concentrations de toutes les espèces ainsi que KaK_a et β\beta. (d) On dissout 1 mol de H et une quantité de G pour obtenir 1 dm3^3 de solution où [HGX2]=[HGa]+[HGb][\ce{HG2}] = [\ce{HGa}] + [\ce{HGb}]. Avec KaK_a, KbK_b et β\beta de la partie (c), trouver la quantité initiale de G.Solutions: 1