Équilibres Binaires De Changement D’État Liquide Vapeur

Question 1

Qu’appelle-t-on un équilibre binaire liquide/vapeur ?

Answer 1

C’est un équilibre :

• entre deux constituants
• qui peuvent être présents en phase liquide ou gazeuse

Question 2

Quelle est la conséquence d’avoir deux substituants qui peuvent être dans deux phases différentes ?

Answer 2

On a un mélange, donc le comportement vis-à-vis du changement d’état n’est pas le même que celui d’un corps pur

Question 3

Donner un exemple d’utilisation des diagrammes binaires liquide/vapeur ?

Answer 3

L’étude du comportement lors d’une distillation

Question 4

Quel est le cadre de l’étude des équilibres binaires liquides / vapeurs ?

Answer 4

Question 5

Définition la fraction molaire globale.

À quoi faut-il faire attention ?

Answer 5

Question 6

Définition la fraction molaire dans une phase

Answer 6

Question 7

Quelles relations a-t-on entre les différentes fractions molaires ?

Answer 7

Question 8

Quelles fractions peut-on utiliser à la place des fractions molaires ?

Answer 8

Les fractions massiques

Question 9

Comment passer des fractions molaires aux fractions massiques ?

Answer 9

Il faut écrire ce que l’on cherche

Question 10

Donner la variance d’un équilibre de changement d’état d’un corps pur.
Justif

Qu’en déduit-on ?

Answer 10

Question 11

Qu’en déduit-on ?

Answer 11

Le changement d’état d’un corps pur se fait à température et pression constante

Question 12

Donner la variance d’un équilibre de changement d’état binaire.
Justif

Qu’en déduit-on ?

Answer 12

C’est le fondement des diagrammes binaires de changement d’état : on répertorie les températures (donc uniques) lorsqu’on fixe la pression et la composition globale

Question 13

Qu’en déduit-on ?

Answer 13

Question 14

Quel est l’intérêt des diagrammes (x^g, T) ?

Answer 14

Question 15

Quelle hypothèse fait-on pour trouver qualitativement le profil thermique du chauffage/refroidissement d’un liquide/gaz ?

Answer 15

Question 16

Tracer qualitativement le profil thermique du chauffage/refroidissement d’un liquide pur
Justif

Answer 16

Question 17

Tracer qualitativement le profil thermique du chauffage/refroidissement d’un mélange binaire
Justif

Answer 17

Attention : la phrase pour expliquer la rupture de pente est nécessaire

Question 18

Que peut-on dire de T_C et T_D, qui est la base des diagrammes binaires ?

Answer 18

T_C et T_D dépendent de la composition du mélange

Question 19

Définir un diagramme binaire, donner son allure.
Définir la courbe d’ébullition et la courbe de rosée.

Answer 19

Question 20

Qu’y a-t-il dans les domaines L et V ?

Answer 20

Question 21

Qu’est-ce que le théorème de l’horizontal ?
Justif et expliquer

Answer 21

Car d’après la variance, la composition des phases liquides et vapeurs sont les même sur cette droite, et en V on n’a que de la vapeur et en L on n’a que du liquide. Alors, la composition en L définit la composition de la phase liquide sur l’horizontale et la composition en V définit la composition de la phase vapeur sur l’horizontale

Question 22

Quel est l’intérêt de connaître la courbe d’ébullition ?

Answer 22

La courbe d’ébullition donne la composition de n’importe quelle phase liquide en équilibre avec la vapeur, en fonction de T

Question 23

Quel est l’intérêt de connaître la courbe de rosée ?

Answer 23

La courbe de rosée donne la composition de n’importe quelle phase liquide en équilibre avec la vapeur, en fonction de T

Question 24

Quelles informations donnent la courbe d’ébullition et de rosée lors d’une transformation ?

Answer 24

D’après le théorème de l’horizontal, elles permettent de suivre la composition des phases au cours de la réaction

Question 25

Que faut-il utiliser si on nous demande une grandeur extensive (masse ou quantité de matière) dans une phase ?

Answer 25

Le théorème des moments chimiques

Question 26

Comment est-il possible de modifier la composition globale sans changer les compositions des phases ?

Answer 26

On modifie les proportions des phases liquide et vapeur, qui prennent alors des « poids » différents et n’ont pas la même composition

Question 27

Quelle est la première chose à faire lorsqu’on utilise le théorème des moments ?

Answer 27

Toujours tracer le segment horizontal associé

Question 28

Qu’est-ce que le théorème des moments chimiques ? Justif

Answer 28

Question 29

À quoi faut-il faire attention lorsqu’on fait le théorème des moments ?

Answer 29

- faire le dessin du segment - vérifier qu’on prend les bons segments

Question 30

Comment vérifier qu’on prend les bons segments lorsqu’on fait le théorème des moments ?

Answer 30

Est-ce que quand notre segment est entier on obtient la bonne composition ? (vapeur ou liquide)

Question 31

Quels sont les différentes formes de diagrammes ? Pour quels types de mélanges ?

Answer 31

- mélange liquide idéal : diagramme à 1 fuseau - mélange liquide non idéal : diagramme à 2 fuseaux

Question 32

Comment déterminer si un mélange est idéal ?

Answer 32

Pour que le mélange soit idéal, il faut que les constituants se comportent comme s’ils étaient seuls, donc que les molécules se ressemblent (mêmes interactions)

Question 33

Représenter l’allure d’un diagramme binaire pour deux liquides totalement miscibles, dans le cas d’un mélange idéal et dans le cas d’un mélange non idéal

Answer 33

Question 34

Quelle propriété possède un mélange non idéal de deux liquides miscibles ?

Answer 34

Les courbes d’ébullition et de rosée possèdent un extremum commun, qu’on appelle A : le point azéotrope

Question 35

Comment appelle-t-on un mélange non idéal de liquides miscibles tel que x coincide avec xA du point azéotrope ?

Answer 35

On appelle ça un mélange azéotropique

Question 36

Que peut-on dire de particulier sur la composition des phases au point azéotrope d’un mélange non idéal de deux liquide miscibles ?

Answer 36

La composition est la même dans la phase gaz et dans la phase liquide

Question 37

Quelle propriété spéciale possède mélange azéotropique ? Justif

Answer 37

Puisqu’un mélange est azéotropique pour une certaine pression, il change d’état à T constant (comme un corps pur). C’est ce qui explique qu’il n’existe qu’un **point** azéotrope sur les diagrammes

Question 38

Tracer le profil thermique du refroidissement d’un mélange azéotropique

Answer 38

Car il change d’état à T et P fixées, et on ne passe pas d’un coup de la vapeur au liquide

Question 39

À quoi faut-il faire attention avec la pression et les mélanges azéotropiques ?

Answer 39

Un mélange n’est azéotropique que relativement à une certaine pression (celle à laquelle on a tracé le diagramme). Si on change la pression, il n’est plus azéotropique

Question 40

Si on observe, lors d’un changement d’état d’un liquide homogène, un palier sur le profil thermique, quelles peuvent être les causes et comment savoir laquelle c’est ?

Answer 40

On a soit un corps pur soit un mélange azéotropique. Pour savoir on recommence l’expérience en changeant P : si toujours palier c’est un corps pur, sinon un mélange azéotropique

Question 42

À quoi faut-il faire attention lorsqu’on considère deux liquides non miscibles ?

Answer 42

Lorsque la miscibilité est nulle : les liquides sont TOUJOURS purs

Question 43

Quelle est la variance de l’équilibre de changement d’état d’un mélange de deux liquides non miscibles ? Justif

Answer 43

Question 44

Tracer le diagramme binaire d’un mélange de deux liquides non miscibles, en justifiant, et donner la composition de chaque domaine, en justifiant également

Answer 44

On a un changement d’état binaire de deux liquides non miscibles sur la droite, parce que sur les courbes on n’en n’a plus qu’un seul

Question 45

Pourquoi se déplace-t-on toujours selon une verticale sur les diagrammes binaires ?

Answer 45

Car ce ne sont que des réactions de changement d’état et que x est la fraction molaire globale, qui ne varie donc pas (système fermé et pas de consommation)

Question 46

Que peut-on dire de l’horizontale d’un diagramme ? Qu’en déduit-on par rapport à l’analyse thermique ?

Answer 46

C’est une zone de variance nulle, il y a donc un palier de T dans l’analyse thermique si on traverse un changement de phase horizontal (le temps que tous les réactifs passent d’une phase à l’autre)

Question 47

Faire l’analyse thermique d’un corps pur

Answer 47

Question 48

Faire l’analyse thermique de M1. Justif

Answer 48

Question 49

Faire l’analyse thermique de M2

Answer 49

Passage par un palier de changement d’état horizontal

Question 50

Que se passe-t-il dans un Dean-Stark ? Expliquer grace aux diagrammes binaires

Answer 50

Distillation hétéroazéotropique de l’eau : x(cyclohexane) est proche de 1 et la vapeur qui s’évapore à la même composition qu’en H : elle contient proportionnellement beaucoup plus d’eau que dans le mélange liquide

Question 51

Dessiner le montage de la distillation simple

Answer 51

Question 52

Expliquer le principe d’une distillation simple et dire comment sont modifiées les compositions du résidu et du distillat par rapport au mélange initial

Answer 52

Question 53

Quel est l’inconvénient de prendre une température d’arrêt trop basse lors de la distillation simple ? Trop haute ?

Answer 53

- trop basse : c’est moins purifié - trop haut : il y a presque plus rien dans le ballon

Question 54

Dessiner le montage de la distillation fractionnée

Answer 54

Question 55

Expliquer le principe d’une distillation fractionnée

Answer 55

En gros : 1. Une partie du liquide s’évapore, prenant une certaine composition en phase vapeur, plus concentrée en composé plus volatile. 2. Elle arrive à un picot et se liquéfie, il a toujours la même composition enrichie en composé le plus volatile mais il est revenu sous forme liquide. 3. Sur le picot, une partie s’évapore de nouveau, elle prend ainsi une composition encore plus chargée en composé plus volatile. L’autre partie, qui contient plus de composé le moins volatile, retombe. 4. Ainsi de suite : plus on monte plus on a du liquide chargé en composé volatile (mais sous forme liquide, sur les picots), alors que presque tout le composé moins volatile reste dans le ballon 5. Ainsi, le liquide qui s’évapore finalement en haut, à la fin des picots, est presque pur en composé le plus volatile, tandis qu’on garde dans le ballon presque tout le composé le moins volatile.

Question 56

Quelle est la composition du distillat et du résidu si on fait une distillation fractionnée sur un mélange non idéal de liquides miscibles pour lequel l’azéotrope est un maximum ? Justif

Answer 56

C’est l’inverse : 2 pur si on est dans le fuseau de gauche (on tend vers x1 = 0) et 1 pur dans le fuseau de droite (on tend vers x1 = 1)

Question 57

Quelle est la composition du distillat et du résidu si on fait une distillation fractionnée sur un mélange non idéal de liquides miscibles pour lequel l’azéotrope est un minimum ? Justif

Answer 57

Question 58

Pourquoi ne fait-on pas juste une décantation au lieu d’une hydrodistillation pour séparer deux liquides non miscibles ?

Answer 58

Car souvent le solvant organique provient de cellules végétales (domaines des huiles essentielles, des parfums notamment)

Question 59

Que sont l’hydrodistillation et l’entraînement à la vapeur ?

Answer 59

Ce sont deux techniques pour faire la même chose : ébullition de deux liquides non miscibles dont l’un est l’eau

Question 60

Expliquer le principe de l’hydrodistillation et de l’entrainement à la vapeur

Answer 60

Question 61

Quel est le montage de l’hydrodistillation ?

Answer 61

Question 62

Quand est-ce qu’on utilise un entrainement à la vapeur au lieu d’une hydrodistillation ?

Answer 62

Ça fait la même chose, mais permet un chauffage plus doux, pour ne pas cramer les produits

Question 63

Quel est le montage de l’entrainement à la vapeur ?

Answer 63

Question 64

À quoi faut-il faire attention lorsqu’il y a miscibilité partielle ?

Answer 64

Les liquides ne sont jamais purs

Question 65

Qu’appelle-t-on « démixtion » ?

Answer 65

Lorsqu’on dissout un liquide dans un autre jusqu’à saturation, il se produit le phénomène de démixtion, c’est-à-dire l’apparition d’une nouvelle phase liquide : on passe d’un mélange monophasé à un mélange biphasé.

Question 66

Décrire les deux phases à l’issue de la démixtion

Answer 66

- une phase α (nomination pas généralisée) : un peu de B pour beaucoup de A - une phase β : un peu de A pour beaucoup de B

Question 67

Tracer le diagramme binaire d’un mélange de liquides partiellement miscibles

Answer 67

Attention : on a toujours un peu de l’un dans l’autre !

Question 68

Si on doit tracer un profil thermique, quel doit être le premier réflexe ?

Answer 68

Chercher si on a : - un corps pur - un passage par un changement d’état horizontal - un passage par un point azéotrope ou hétéroazéotrope Car ce sont des situations où V’ = 0 et où on a nécessairement un palier.