L'état gazeux Flashcards
Comment l’électricité est produite dans une voiture à réservoir d’hydrogène?
Elle est produite à partir d’une réaction chimique de l’hydrogène dans une pile de combustible.
Quel est le processus précis qui se passe au sein du réservoir d’hydrogène d’un véhicule?
Un catalyseur en platine fractionne le dihydrogène en deux ions et deux électrons. Les électrons vont fournir de l’énergie au moteur électrique de la voiture, tandis que l’hydrogène se combinera avec l’oxygène et de l’eau sera expulsée du véhicule.
Vrai ou faux; Le dihydrogène pourrait remplacer les hydrocarbures.
Vrai.
Pourquoi l’hydrogène est-il un élément de choix pour le monde automobile (3)?
1- C’est l’élément le plus abondant de l’univers
2- Écologique
3- Rendement énergétique élevé (H2 est initialement produit par l’éctrolyse de l’eau).
Qu’est-ce que l’adsorption?
C’est la rétention d’une substance à la surface d’un solide. C’est un équilibre dynamique qui met en jeu les interactions de Van der Waals.
Combien existe-il d’élément gazeux à température pièce et à pression normale?
11 éléments.
Nommez 5 caractéristiques d’un gaz.
1- Pas de volume défini 2- Occupe la totalité du volume qui lui est offert 3- Expansible (sans limite et spontané) 4- Compressible (pas spontané) 5-État de a matière le plus désordonné
Qu’est-ce qu’une propriété physique d’un gaz?
C’est l’étude du comportement des gaz dans un environnement donné.
Vrai ou faux; Les gaz se comporte de la même manière, peu importe leur nature.
Faux, Ils se comportent de façon différente selon leur nature.
À quoi sert la propriété chimique d’un gaz?
Permet d’identifier un gaz ou un groupe de gaz, renseignement sur la réactivité, etc…
Nomme les deux modèles du gaz parfait.
1- Description macroscopique (thermodynamique)
2-Description microscopique (mécanique classique)
Quels sont les quatre variables d’état d’un gaz?
1- Quantité de la matière n
2- Volume V
3- Pression P
4- Température T
Que décrit la théorie cinétique des gaz?
Décrit le comportement des molécules réelles (mécanique de leurs mouvements, collisions,…)
Quelles sont les variables d’état d’un gaz qui sont extensives?
La quantité de matière n et le volume V.
Quelles sont les variables d’état d’un gaz qui sont intensives?
La pression P et la température T
Qu’est-ce qu’une propriété extensive?
Dépend de la quantité de matière (proportionnellement)
Qu’est-ce qu’une propriété intensive?
Ne dépend pas de la quantité de matière
Qu’est-ce que la pression?
C’est défini comme étant la force par unité de surface.
Quelle est la formule simple pour calculer la pression?
P=Force/Surface
Quelle est la définition générale d’une température?
C’est un changement d’état du système qui peut se produire lorsque deux objets sont en contact (ils ont tendance à égaliser leurs températures par échange de chaleur).
Vrai ou faux; Dans un gaz, les particules sont constamment animées d’un mouvement circulaire aléatoire, et dans tous les sens.
Faux, elles sont animées d’un mouvement rectiligne aléatoire (dans tous les sens).
Chaque particule subit des collisions élastiques quand elle frappe les autres particules et les parois du contenant. Comment appelle-t-on ce mouvement aléatoire?
On l’appelle le mouvement Brownien.
Vrai ou faux; Il est correct de parler du ‘‘Volume d’un gaz’’.
Faux, il faut dire ‘‘volume occupé par un gaz de masse M’’.
Qu’est-ce qu’une mole?
C’est un paquet de particules et il a 6,022x10^23 particules dans une mole (nbr d’Avogadro).
Quelle est l’équation d’état du gaz parfait?
PV=nRT
Qu’est-ce que CNTP?
Condition normale de température et de pression (P=1 atm, T= 0 degrés celsius)
Combien est le volume molaire d’une mole de gaz?
22,4 L.
Énoncez la Loi D’Avogadro.
Des volumes égaux de différents gaz, dans les mêmes conditions de T et P, contiennent le même nombre de moles n.
En quoi consiste la loi de Boyle-Mariotte ? Quelle est la formule ?
- Relation pression-volume : Pression inversement proportionnel au volume
- n et T constant.
- P1V1 = P2V2
En quoi consiste la loi de Charles ? Quelle est la formule ?
- Relation volume-température : n et P constant
- Volume directement proportionnel à la température
- V1/T1 = V2/T2
En quoi consiste la loi de Gay-Lussac ? Quelle est la formule ?
- Relation pression température : n et V constant
- La pression est directement proportionnelle à sa température
- P1/T1 = P2/T2
En quoi consiste la loi d’Avogadro ? Quelle est la formule ?
- Relation volume-nombre de particule : P et T constant
- À pression et température données, les gaz parfaits ont tous le même volume molaire
- V1/n1 = V2/n2
En quoi consiste une transformation isotherme ?
Température constante
En quoi consiste une transformation isobare ?
Pression constante
En quoi consiste une transformation isochore ?
Volume constant
Quelles sont les conditions de validité de la loi de Boyle-Mariotte ?
- Cette loi est valable seulement si la température et la quantité de matière de gaz ne varient pas.
- Décrit le correctement le comportement des gaz sous faibles pressions
Expliquez le fonctionnement d’une montgolfière. Quelle est la loi qui explique son fonctionnement ?
- La loi qui explique le fonctionnement est la loi de Charles
- Afin de la faire voler, on chauffe l’air contenu dans l’enveloppe de la montgolfière.
- Le volume chauffé augmente car l’espace entre les particules de gaz augmente par l’accroissement de leur énergie cinétique
- La bulle d’air chaude permet à la montgolfière de s’élever puisque sa masse volumique est plus faible.
Quelle est l’équation générale des gaz ?
P1V1/n1T1 = P2V2/n2T2
En quoi consiste la loi de Dalton ? Quelle est la formule ?
La pression du mélange est égale à la somme des pressions partielles : P(totale) = Σ Pi
Définir la pression partielle.
- Dans un mélange, la contribution d’un gaz à la pression partielle est proportionnelle au nombre de moles de gaz par rapport au nombre total de moles dans le mélange, soit la fraction molaire.
- Pression que chaque gaz d’un mélange occuperait s’il occupait seul tout le volume (à la même température)
Quelle est la formule de la pression partielle ?
Pi = Xi x P(totale)
Comment les molécules se comportent dans les conditions de gaz parfaits ?
- Les molécules n’exercent aucune force entre elles : Aucune attraction ni répulsion des molécules.
- Le volume des molécules est négligeable par rapport à celui du contenant
- Aucune force intermoléculaire
En quoi consiste le modèle du gaz parfait ?
- Les distances entre les molécules sont très grandes par rapport à leur rayon
- On peut négliger toute force d’interaction entre les molécules
- Atomes et molécules sont considérés comme des points immatériels (pas de volume)
- Les molécules de gaz parfaits subissent des chocs parfaitement élastiques, sans perte d’énergie cinétique
En quoi consiste le comportement des gaz réels ?
Un gaz est constitué d’atomes et de molécules qui occupe un volume fini, et qu’il existe des forces intermoléculaires s’exerçant sur les atomes et les molécules
Les gaz réels n’obéissent pas exactement à la loi des gaz parfaits, sauf quand la p => 0
Quelles sont les conséquences à haute pression pour les gaz réels ?
- Faible volume
- Forces intermoléculaires importantes
- Forces de répulsion augmentent avec la pression
Quelles sont les conséquences à basse pression pour les gaz réels ?
- Grand volume
- Forces intermoléculaires peu importantes
- Force de répulsion inexistante
Qu’est-ce qu’un facteur de compression ? Quelle est l’équation d’un facteur de compression ?
C’est le rapport de son volume molaire à celui d’un gaz parfait à la même pression et à la même température : Z = Vm / V˚m ; pVm = RTZ
Vrai ou faux ;
Le facteur de compression d’un gaz parfait est de 1 en tout temps
Vrai
Quel est le facteur de compression pour le dihydrogène ?
Z > 1 en tout temps car les attractions intermoléculaires très faibles (fortes répulsions)
Quel est le facteur de compression pour le CO2, N2 et le CH4 à basse pression ?
Z < 1 car les forces d’attraction sont prédominantes
Quel est le facteur de compression pour le CO2, N2 et le CH4 à haute pression ?
Z > 1 car les forces de répulsion deviennent prédominantes pour tous les gaz.
Que représente l’écart du facteur de compression ?
L’écart de Z par rapport à 1 exprime l’écart par rapport au comportement du gaz parfait
Quel est le comportement des gaz à très base pression Z ≈ 1 ?
Pour tous les gaz considérés, comportement presque parfait
Quel est le comportement des gaz à pression intermédiaire Z < 1 ?
Les forces attractives réduisent le volume molaire par rapport à celui d’un gaz parfait
Quel est le comportement des gaz à haute pression Z > 1 ?
Pour tous les gaz, ce qui signifie qu’ils ont tous le plus grand volume molaire d’un gaz parfait (forces répulsives dominantes)
Pourquoi la différence de Z entre un gaz réel et un gaz parfait augmente avec la pression ?
Plus un gaz comprimé et plus l’erreur sur le volume molaire augmente
Quelle est l’équation de Viriel ?
pVm = RT ( 1 + (B/Vm) + (C/Vm^2) + …)
B et C = Coefficients de Viriel, dépendant de la Température
En quoi consiste l’équation de Van Der Waals ?
Dans le cas d’un gaz réel, il faut tenir compte du volume propre des particules. Par conséquent, la pression qui vérifierait la loi du gaz parfait est une pression supérieure à celle que l’on observe et le volume disponible pour les molécules est inférieur à ce que prédit la loi du gaz parfait.
Quelles sont les formules associées à l’équation de Van Der Waals ?
P(corrigée) = P(observée) + (an^2/V^2)
V(corrigé) = V(contenant) - nb
(P + an^2/V^2) (V - nb) = nRT
Que signifie a et b dans l’équation de Van Der Waals?
a et b sont appelées coefficients de van der Waals (a représente l’amplitude des interactions d’attraction et b celles des interactions de répulsion entre les molécules). Elles sont des constantes mesurées et spécifiques à chaque gaz.
Quelles sont les conditions physiques pour s’approcher du comportement d’un gaz parfait ?
- Faible masse molaire, molécule non polaire et faible polarisabilité
- Grand volume offert au gaz, et donc pression faible
- Température éloignée du point de condensation
Comment s’explique la nature des écarts de comportements observés ?
Comme tout gaz se liquéfie, aucun gaz réel ne peut être gaz parfait dans toute l’étendue des valeurs de P et T. Il existe une ligne P= Psaturante dite ligne de pression de vapeur saturante, suivant laquelle le gaz commence à se liquéfier.
En quoi consiste le point critique M ?
Liquide et gaz coexistent à la même densité, ils sont indifférenciés (Voir diapo 38)
En quoi consiste la zone vapeur ?
En diminuant le volume, on comprime la vapeur au point (1) ; la vapeur est prête à se liquéfier (Voir diapo 38)
En quoi consiste la zone liquide + vapeur ?
De (1) à (2) une compression supplémentaire liquéfie de plus en plus le gaz, à pression constante : la compression a été utilisée par les molécules pour se rapprocher et devenir liquide (pression interne) (en (2), toute la substance est liquide) (Voir diapo 38)
Quels sont les deux facteurs qui déterminent la quantité d’énergie cinétique d’un objet?
La masse et la vitesse.
Qu’est-ce que l’énergie cinétique?
C’est l’énergie que possède un corps lorsqu’il est en mouvement.
Vrai ou faux; L’énergie cinétique est proportionnelle à sa masse et au carré de sa vitesse.
Vrai.
Quelle est l’équation qui permet de calculer la quantité d’énergie cinétique?
Ec=1/2mv^2
Vrai ou faux: Si on triple la vitesse d’un cors, son énergie cinétique devient 4 X plus grande.
Faux elle est 9X plus grande.
Vrai ou faux: Si on double la masse d’un corps au repos, son énergie cinétique augmente.
Faux, son énergie cinétique est nulle.
Qu’est-ce que la théorie des gaz?
C’est une théorie qui permet d’expliquer le comportement des gaz, en se basant sur le mouvement des particules.
Nommez quatre caractéristiques d’un gaz, selon la théorie cinétique.
1- Les particules sont très éloignées
2- Se déplace continuellement à très grande vitesse et en ligne droite
3- Entrent fréquemment en collisions (sans perte d’énergie)
4- Énergie cinétique moyenne dépend de la température
Nommez les trois énergies de mouvements d’un gaz.
1- Énergie de translation
2- Énergie de rotation
3- Énergie de vibration
Vrai ou faux; Ec=E translation+ E rotation + E vibration
Vrai.
Pour une particule monoatomique, l’énergie cinétique est égale à quoi?
Ec= E translation (mouvement rectiligne uniquement)
Nommez les trois énoncés de la théorie cinétique des gaz (hypothèses).
1- Les atomes/molécules de gaz sont considérés comme des points matériels, des molécules monoatomiques et les forces intermoléculaires sont négligeables
2- Tous les atomes/molécules se déplacent dans des directions aléatoires
3- Les collisions sont considérées élastiques (conservation d’énergie)
Quelle est la formule de la pression à partir de la quantité de mouvement des molécules qui heurtent les parois?
P= 1/3 (nNA/V)mv^2 ou P= (2/3*nNA/V)(1/2mv^2)
Vrai ou faux; À un moment donné, les molécules d’un gaz ont la même énergie cinétique.
Faux; elles ont toujours des énergies cinétiques différentes.
Vrai ou faux; La distribution des vitesses (graphique de Maxwell-Boltzmann) s’élargit quand la température diminue.
Faux; s’élargie quand la température augmente.
Vrai ou faux: L’énergie cinétique moyenne des molécules est la même pour tous les gaz à une température donnée.
Vrai.
Qu’est-ce qu’un degré de liberté?
C’est le nombre de directions dans lesquelles un système peut se déplacer.
Donnez l’équation de l’énergie cinétique moyenne en considérant les degrés de liberté d’une molécule.
Ec moy=3/2(kbT)
Donnez l’équation de l’énergie cinétique moyenne pour l’ensemble des molécules.
Ec moy=1/2m*vmoy^2
Donnez l’expression de la vitesse quadratique moyenne (lien avec le modèle macroscopique des gaz parfaits).
u=(racine Vmoy^2)=(racine 2Ec moy/m)=(racine 3RT/M)=(racine 3kbT/m)
Donnez l’expression de la vitesse moyenne des molécules de gaz.
v moy=(8kbT/3,1416m)^1/2
Donnez l’expression de la vitesse la plus probable des molécules de gaz.
vpp=(2kbT/m)^1/2
Qu’arrive-t-il si la température baisse au niveau de la vitesse des molécules?
La vitesse diminue également et les molécules se concentrent ensemble vers la même vitesse.
Donnez la formule de l’énergie interne d’un gaz quelconque.
Avec N=n*NA, U=3/2 nRT
Quelle phase de l’état de la matière possède le moins d’énergie cinétique?
L’état solide car les particules ont moins de mobilité, donc moins de vitesse (moins d’énergie cinétique).
Pourquoi un gaz finit par se liquéfier lorsqu’on le refroidit?
Les particules ralentissent et ont de moins en moins de vitesse et ils perdent des caractéristiques d’un gaz (devient liquide).
Qu’arriverait-il si les collisions des particules de gaz n’étaient pas parfaitement élastiques?
Il n’aurait pas de conservation d’énergie et la vitesse des particules finiraient par est nulle. Ainsi, le gaz sera liquéfié car les particules seront proches les unes des autres.
Qu’est-ce que la diffusion?
C’est la dispersion des molécules de gaz dans un grand espace (atmosphère par exemple).
Qu’est-ce que la effusion?
Désigne le passe d’un gaz à travers une très petite ouverture d’un compartiment à un autre dans lequel on a fait le vide.
Vrai ou faux; Plus le gaz est lourd, plus sa vitesse d’effusion est grande.
Faux, plus elle est faible.
Donnez l’équation de la loi de la vitesse d’effusion de Graham.
v1/v2=(racine M2/racine M1)
À température donnée, de quoi dépend la vitesse de diffusion d’un gaz?
Dépend de la masse molaire.
Quels sont les deux facteurs qui influent sur la vitesse de diffusion et la vitesse d’effusion d’un gaz?
La masse molaire et la température.
Que stipule la théorie des collisions?
Pour qu’une réaction chimique se produise, il faut que les particules de réactifs se heurtent les unes aux autres de façon efficace.
Quelles sont les trois conditions essentielles au déroulement d’une réaction chimique selon la théorie des collisions?
1- Les particules de réactifs doivent entrer en collision les unes avec les autres pour pouvoir amorcer la réaction
2- Les particules de réactifs doivent posséder un minimum d’énergie cinétique afin de briser les liaisons et amorcer la réaction
3- Les particules de réactifs doivent se rencontrer selon une orientation appropriée.
Donnez la Loi D’Arrhenius qui décrit l’énergie d’activation de la réaction (EA).
k=Ae^(-EA/RT)
Qu’est-ce qu’une collision élastique?
C’est une collision entre des particules de réactifs qui n’entraîne pas la formation de produit (conservation d’énergie)
Qu’est-ce qu’une collision efficace?
C’est une collision entre des particules de réactifs qui entraîne la formation de produits.
Vrai ou faux; la vitesse de réaction dépend du nombre de collisions entre les particules et de leur efficacité en fonction du temps
Vrai.
Vrai ou faux; La vitesse d’une réaction dépendra de la proportion de collision efficace par rapport à la quantité de collision totale.
Vrai.
Vrai ou faux; L’énergie cinétique moyenne des gaz dépend uniquement de la température, leur nature n’y est pour rien.
Vrai car E moyenne.
Vrai ou faux; C’est le volume du contenant qui détermine l’espace occupé par le gaz. Le volume d’une particule de gaz est négligeable par rapport à l’espace qu’elle occupe.
Vrai.
Vrai ou faux; Les particules de diazote sont plus lourdes que celles de dioxyde de carbone, donc elle se déplacent plus rapidement.
Faux, les particules de diazote sont plus légères, donc se déplacent plus rapidement.
Vrai ou faux; Toutes les particules de diazote se déplacent à la même vitesse.
Faux, seulement la vitesse moyenne constante est pareille. Pas les vitesses individuelles.
