ENP d’ORAN Département de FPST Chimie II Chapitre II : Le premier principe de la thermodynamique
1ère année FPST 2019/2020
Fiche de TD N° 3 Exercice 01 : Calculer le travail effectué par une mole d’un gaz parfait se détendant de 100 à 1 atm à température constante et égale à 25°C. 1- Par voie réversible. 2- Par voie irréversible. Exercice 02 : Une masse m de gaz parfait subit le cycle de transformations réversibles suivantes : ▪
de l’état A à l’état B transformation isobare P = 105 Pa; volume V1, température T1.
▪
de l’état B à l’état C transformation isochore V2 = V1/5 = 2L. P2 = pression finale à l’état C.
▪
de l’état C à l’état A transformation isotherme T1=300K.
Calculer la pression P2, le travail et les quantités de chaleur reçus au cours du cycle. Donnée : capacité thermique à pression constante Cp= 11,66 J.K-1. Exercice 03 : L'état initial d'une mole de gaz parfait diatomique est caractérisé par P0= 2.105 Pa, V0 = 14 L. Ce gaz subit successivement: ▪
Une détente isobare, qui double son volume.
▪
Une compression isotherme, qui le ramène à son volume initial.
▪
Un refroidissement isochore, qui le ramène à l'état initial (p0 , V0).
1 - A quelle température s’effectue la compression isotherme ? En déduire la pression maximale atteinte. Représenter le cycle de transformation dans le diagramme de Clapeyron. 2 - Calculer le travail et la quantité de chaleur et la variation d’énergie interne échangés par le gaz au cours de ce cycle. Donnée : R = 8,314 J . mol–1. K–1 Exercice 04 : En hiver et afin d’éviter le gel, on chauffe une serre contenant 812 g d’air (gaz supposé parfait) dont la température s’élève de 2° C à 16° C. Calculer :
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1ère année FPST 2019/2020
1 - la variation d’énergie interne de l’air au cours de cet échauffement ? 2 - la quantité de chaleur reçue par le gaz, si ce dernier a fourni un travail de 846,4 joules. Données : Mair = 29 g. mol–1, R = 8,314 J. mol–1. K–1 , le rapport des capacités calorifiques molaires de l’air = CP /Cv = 1,4. Exercice 05 : Un gaz parfait occupe un volume de 17,40 dm3 à 300 K sous une pression de 1,05.105 Pa. On chauffe ce gaz en maintenant le volume constant (transformation isochore), jusqu’à ce que la pression soit de 1,80.105 Pa. 1- Calculer la température finale du gaz. 2- a- Démontrer que pour les gaz parfaits la variation d’énergie interne ∆U ne dépend que de la température. b- En déduire la relation de Mayer et la valeur de la capacité calorifique molaire à volume constant CV de ce gaz. c-Calculer ∆U et ∆H. 3- Calculer la chaleur fournie au gaz pour l’amener à l’état final. Donnée : capacité calorifique molaire de ce gaz à pression constante : Cp = 29,30 J.K–1. mol–1. Exercice 06 : La transformation réversible d’une mole de gaz parfait d’un état A à un état B s’effectue selon deux chemins : Chemin (1) constitué des transformations : A
A’: chauffage isobare à105 Pa de 298 K à 400 K.
A’
B : compression isotherme à 400 K de 105 Pa à 106 Pa.
Chemin (2) constitué des transformations : A
B’ : compression isotherme à 298 K de 105 Pa à 106 Pa.
B’
B : chauffage isobare à 106 Pa de 298 K à 400 K. 1. Pour chaque chemin, déterminer les variables d’état (P, V, T). 2. Tracer le diagramme de Clapeyron (P, V). 3. Calculer W, Q, ∆U et ∆H pour chaque chemin, que peut-on conclure ?
Données : R= 8,314 J. mol-1. K-1 ; capacité calorifique molaire Cp = 37,69 J.K-1. mol-1.