Équilibres Binaires De Changement D’État Liquide Vapeur Flashcards
Qu’appelle-t-on un équilibre binaire liquide/vapeur ?
C’est un équilibre :
- entre deux constituants
- qui peuvent être présents en phase liquide ou gazeuse
Quelle est la conséquence d’avoir deux substituants qui peuvent être dans deux phases différentes ?
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
Donner un exemple d’utilisation des diagrammes binaires liquide/vapeur ?
L’étude du comportement lors d’une distillation
Quel est le cadre de l’étude des équilibres binaires liquides / vapeurs ?
Définition la fraction molaire globale.
À quoi faut-il faire attention ?
Définition la fraction molaire dans une phase
Quelles relations a-t-on entre les différentes fractions molaires ?
Quelles fractions peut-on utiliser à la place des fractions molaires ?
Les fractions massiques
Comment passer des fractions molaires aux fractions massiques ?
Il faut écrire ce que l’on cherche
Donner la variance d’un équilibre de changement d’état d’un corps pur.
Justif
Qu’en déduit-on ?
Qu’en déduit-on ?
Le changement d’état d’un corps pur se fait à température et pression constante
Donner la variance d’un équilibre de changement d’état binaire.
Justif
Qu’en déduit-on ?
Qu’en déduit-on ?
Quel est l’intérêt des diagrammes (xg, T) ?
Quelle hypothèse fait-on pour trouver qualitativement le profil thermique du chauffage/refroidissement d’un liquide/gaz ?
Tracer qualitativement le profil thermique du chauffage/refroidissement d’un liquide pur
Justif
Tracer qualitativement le profil thermique du chauffage/refroidissement d’un mélange binaire
Justif
Attention : la phrase pour expliquer la rupture de pente est nécessaire
Que peut-on dire de TC et TD, qui est la base des diagrammes binaires ?
TC et TD dépendent de la composition du mélange
Définir un diagramme binaire, donner son allure.
Définir la courbe d’ébullition et la courbe de rosée.
Qu’y a-t-il dans les domaines L et V ?
Qu’est-ce que le théorème de l’horizontal ?
Justif et expliquer
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
Quel est l’intérêt de connaître la courbe d’ébullition ?
La courbe d’ébullition donne la composition de n’importe quelle phase liquide en équilibre avec la vapeur, en fonction de T
Quel est l’intérêt de connaître la courbe de rosée ?
La courbe de rosée donne la composition de n’importe quelle phase liquide en équilibre avec la vapeur, en fonction de T
Quelles informations donnent la courbe d’ébullition et de rosée lors d’une transformation ?
D’après le théorème de l’horizontal, elles permettent de suivre la composition des phases au cours de la réaction
Que faut-il utiliser si on nous demande une grandeur extensive (masse ou quantité de matière) dans une phase ?
Le théorème des moments chimiques
Comment est-il possible de modifier la composition globale sans changer les compositions des phases ?
On modifie les proportions des phases liquide et vapeur, qui prennent alors des «poids» différents et n’ont pas la même composition
Quelle est la première chose à faire lorsqu’on utilise le théorème des moments ?
Toujours tracer le segment horizontal associé
Qu’est-ce que le théorème des moments chimiques ?
Justif
À quoi faut-il faire attention lorsqu’on fait le théorème des moments ?
- faire le dessin du segment
- vérifier qu’on prend les bons segments
Comment vérifier qu’on prend les bons segments lorsqu’on fait le théorème des moments ?
Est-ce que quand notre segment est entier on obtient la bonne composition ? (vapeur ou liquide)
Quels sont les différentes formes de diagrammes ? Pour quels types de mélanges ?
- mélange liquide idéal : diagramme à 1 fuseau
- mélange liquide non idéal : diagramme à 2 fuseaux
Comment déterminer si un mélange est idéal ?
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)
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
Quelle propriété possède un mélange non idéal de deux liquides miscibles ?
Les courbes d’ébullition et de rosée possèdent un extremum commun, qu’on appelle A : le point azéotrope
Comment appelle-t-on un mélange non idéal de liquides miscibles tel que x coincide avec xA du point azéotrope ?
On appelle ça un mélange azéotropique
Que peut-on dire de particulier sur la composition des phases au point azéotrope d’un mélange non idéal de deux liquide miscibles ?
La composition est la même dans la phase gaz et dans la phase liquide
Quelle propriété spéciale possède mélange azéotropique ?
Justif
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
Tracer le profil thermique du refroidissement d’un mélange azéotropique
Car il change d’état à T et P fixées, et on ne passe pas d’un coup de la vapeur au liquide
À quoi faut-il faire attention avec la pression et les mélanges azéotropiques ?
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
Si on observe, lors d’un changement d’état de deux liquides miscibles, un palier sur le profil thermique, quelles peuvent être les causes et comment savoir laquelle c’est ?
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
À quoi faut-il faire attention lorsqu’on considère deux liquides non miscibles ?
Lorsque la miscibilité est nulle : les liquides sont TOUJOURS purs
Quelle est la variance de l’équilibre de changement d’état d’un mélange de deux liquides non miscibles ?
Justif
Tracer le diagramme binaire d’un mélange de deux liquides non miscibles, en justifiant, et donner la composition de chaque domaine, en justifiant également
Pourquoi se déplace-t-on toujours selon une verticale sur les diagrammes binaires ?
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)
Que peut-on dire de l’horizontale d’un diagramme ?
Qu’en déduit-on par rapport à l’analyse thermique ?
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)
Faire l’analyse thermique d’un corps pur
Faire l’analyse thermique de M1.
Justif
Faire l’analyse thermique de M2
Que se passe-t-il dans un Dean-Stark ?
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
Dessiner le montage de la distillation simple
Expliquer le principe d’une distillation simple et dire comment sont modifiées les compositions du résidu et du distillat par rapport au mélange initial
Quel est l’inconvénient de prendre une température d’arrêt trop basse lors de la distillation simple ? Trop haute ?
- trop basse : c’est moins purifié
- trop haut : il y a presque plus rien dans le ballon
Dessiner le montage de la distillation fractionnée
Expliquer le principe d’une distillation fractionnée
En gros :
- Une partie du liquide s’évapore, prenant une certaine composition en phase vapeur, plus concentrée en composé plus volatile.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
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
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)
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
Pourquoi ne fait-on pas juste une décantation au lieu d’une hydrodistillation pour séparer deux liquides non miscibles ?
Car souvent le solvant organique provient de cellules végétales (domaines des huiles essentielles, des parfums notamment)
Que sont l’hydrodistillation et l’entraînement à la vapeur ?
Ce sont deux techniques pour faire la même chose : ébullition de deux liquides non miscibles dont l’un est l’eau
Expliquer le principe de l’hydrodistillation et de l’entrainement à la vapeur
Quel est le montage de l’hydrodistillation ?
Quand est-ce qu’on utilise un entrainement à la vapeur au lieu d’une hydrodistillation ?
Ça fait la même chose, mais permet un chauffage plus doux, pour ne pas cramer les produits
Quel est le montage de l’entrainement à la vapeur ?
À quoi faut-il faire attention lorsqu’il y a miscibilité partielle ?
Les liquides ne sont jamais purs
Qu’appelle-t-on «démixtion» ?
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.
Décrire les deux phases à l’issue de la démixtion
- 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
Tracer le diagramme binaire d’un mélange de liquides partiellement miscibles
Attention : on a toujours un peu de l’un dans l’autre !
Si on doit tracer un profil thermique, quel doit être le premier réflexe ?
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.
