Chemistry Labs

Olympiade Internationale de Chimie · Année 2021

Problèmes

  1. Problème 1Les molécules d'hydrogène qui atteignent la surface d'un métal se dissocient et s'adsorbent en atomes H : HX2(g)→2 H(ad)\ce{H2(g) -> 2H(ad)}. Les atomes adsorbés sont soit absorbés dans le volume, H(ad)→H(ab)\ce{H(ad) -> H(ab)}, soit se recombinent et désorbent. Les vitesses par site de surface sont r1=k1PHX2(1−θ)2r_1 = k_1 P_{\ce{H2}}(1-\theta)^2 (adsorption), r2=k2θ2r_2 = k_2\theta^2 (désorption) et r3=k3θr_3 = k_3\theta (absorption), où θ\theta est la fraction de sites occupés. Adsorption et désorption sont rapides devant l'absorption (r1,r2≫r3r_1, r_2 \gg r_3) et θ\theta est constant. (a) Exprimer r3r_3 en fonction de PHX2P_{\ce{H2}} et montrer que r3=k3CPHX21+CPHX2r_3 = k_3\dfrac{\sqrt{C P_{\ce{H2}}}}{1+\sqrt{C P_{\ce{H2}}}} ; exprimer CC via k1k_1 et k2k_2. (b) Un échantillon métallique de surface S=1.0×10−3S = 1.0\times 10^{-3} m2^2 est placé dans un récipient de 1,0 L avec HX2\ce{H2} à PHX2=1.0×104P_{\ce{H2}} = 1.0\times 10^{4} Pa ; la densité de sites est N=1.3×1018N = 1.3\times 10^{18} m−2^{-2} et T=400T = 400 K. Pendant l'absorption, PHX2P_{\ce{H2}} décroît au rythme constant v=4.0×10−4v = 4.0\times 10^{-4} Pa s−1^{-1}. Calculer la quantité d'atomes H absorbés par unité de surface et de temps, AA [mol s−1^{-1} m−2^{-2}]. (c) À 400 K, C=1.0×102C = 1.0\times 10^{2} Pa−1^{-1} ; calculer k3k_3.Solutions: 1
  2. Problème 3On néglige l'absorption de la cuve et du solvant ; toutes les solutions sont à 25 °C. Une solution aqueuse X est préparée à partir de l'acide faible HA et de NaA ; dans X, [AX−]=1.00×10−2[\ce{A-}] = 1.00\times 10^{-2}, [HA]=1.00×10−3[\ce{HA}] = 1.00\times 10^{-3} et [HX+]=1.00×10−4[\ce{H+}] = 1.00\times 10^{-4} mol L−1^{-1}, reliées par l'équilibre HA⇌HX++AX−\ce{HA <=> H+ + A-}. L'absorbance de X vaut A1A_1 à la longueur d'onde λ1\lambda_1 (trajet optique ll). X est ensuite diluée au double de son volume avec de l'acide chlorhydrique de pH 2.500 ; après dilution et retour à l'équilibre, l'absorbance à λ1\lambda_1 reste A1A_1. Déterminer le rapport εHA/εAX−\varepsilon_{\ce{HA}}/\varepsilon_{\ce{A-}} des coefficients d'absorption de HA et AX−\ce{A-} à λ1\lambda_1.Solutions: 1