Livre: Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés

Livre: Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés

Livre: Chimie tout-en-un PSI-PSI - Cours et exercices corrigés
Vers la thermodynamique chimique. Le potentiel chimique du corps pur. Thermodynamique des systèmes à plusieurs composants. Équilibres chimiques. Optimisation d'un procédé chimique - Diagrammes binaires liquide-solide. Thermodynamique de l'oxydoréduction. Cinétique de l'oxydoréduction

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Présentation du livre
Les « Tout-en-un » J’intègre vous proposent le cours de référence en classes préparatoires scientifiques, ainsi que de nombreux exercices et problèmes intégralement résolus.
• Toutes les notions sont abordées dans le strict respect des programmes.
• De nombreux exemples, des illustrations et des remarques pédagogiques vous aident à bien comprendre le cours.
• Des approches documentaires vous sont proposées en complément du cours.
Des exercices et problèmes d’entraînement
• Dans chaque chapitre, un grand nombre d’exercices pour bien assimiler le cours et vous entraîner.
• Les énoncés sont classés par difficulté progressive.
• Les problèmes sont en grande partie extraits de sujets de concours.
• Tous les exercices et problèmes sont intégralement résolus afin de pouvoir travailler en parfaite autonomie.

Sommaire de l'ouvrage

Table des matières
Premier et second principes appliqués à la thermodynamique des systèmes chimiques
1 Les principes
1.1 Système et Univers
1.2 Variables d’état et fonctions d’état
1.3 Extensivité et intensivité 
1.4 Premier principe de la thermodynamique 
1.5 Second principe de la thermodynamique
2 Les fonctions d’état utilisées
2.1 Énergie interne et entropie
2.2 Autres fonctions rencontrées
2.3 Notion de potentiels thermodynamiques 
2.4 Caractère extensif des fonctions U, S, H, V, F et G 
2 Le potentiel chimique du corps pur 15
1 Description thermodynamique d’un corps pur 
1.1 Quantité de matière 
1.2 Grandeurs molaires 
1.3 Variables d’état 
1.4 Variables canoniques associées à une fonction d’état 
2 Cas d’un système ouvert
2.1 Introduction au potentiel chimique du corps pur 
2.2 Premières conséquences 
2.3 Potentiel chimique et grandeurs molaires
2.4 Dérivées premières du potentiel chimique
2.5 Dérivées secondes du potentiel chimique
2.6 Relation de GIBBS-HELMHOLTZ
3 Entropie molaire absolue 
3.1 Troisième principe de la thermodynamique ou principe de NERNST
3.2 Détermination de l’entropie molaire absolue 
3.3 Capacités thermiques molaires 
4 Étude de l’entropie molaire absolue de quelques substances
4.1 Les gaz
4.2 Les liquides 
4.3 Les solides
5 Propriétés du potentiel chimique d’un corps pur 
5.1 Cas des gaz parfaits
5.2 Cas des gaz réels
5.3 Potentiel chimique d’un corps pur en phase condensée 
Exercices 
3 Équilibres diphasés du corps pur
1 Notion de phase
1.1 Introduction 
1.2 Phase et ordre 
1.3 Diversité des phases 
2 Condition d’équilibre de phase
2.1 Système étudié ; modélisation
2.2 Critères d’évolution d’un système 
2.3 Système évoluant à température et pression fixées 
2.4 Système évoluant à température et volume fixés
2.5 Conséquence de l’existence de la condition d’équilibre
3 Relation de CLAUSIUS-CLAPEYRON 
3.1 Démonstration
3.2 Chaleur latente de changement d’état
3.3 Volumes molaires
3.4 Interprétation de la relation de CLAUSIUS-CLAPEYRON 
4 Représentation graphique des équilibres 
4.1 Diagramme (T,p) 
4.2 Diagramme (Vm,p) (isothermes d’ANDREWS)
Exercices
Problèmes 
4 Potentiel chimique d’un constituant d’un mélange
1 Grandeurs molaires partielles associées à un constituant d’un mélange
1.1 Compléments sur les fonctions de plusieurs variables
1.2 Variables de GIBBS
Définition d’une grandeur molaire partielle 
1.4 Relation de GIBBS-DUHEM
1.5 Exemple du volume molaire partiel 
1.6 Potentiel chimique d’un constituant d’un mélange 
1.7 Relations entre grandeurs molaires partielles
1.8 Équilibre de phase
2 Potentiel chimique d’un gaz dans un mélange gazeux 
2.1 Les gaz parfaits 
2.2 Cas d’un mélange de gaz réels 
3 Potentiel chimique d’un constituant d’un mélange en phase condensée 
3.1 Étude expérimentale 
3.2 Expression du potentiel chimique d’un constituant d’un mélange idéal 
3.3 Potentiel chimique d’un constituant d’un mélange réel
3.4 Interprétation physique des coefficients d’activité
4 Solutions
4.1 Applications de la relation de GIBBS-DUHEM 
4.2 Comportement asymptotique du potentiel chimique 
4.3 Lien avec la loi de HENRY 
5 Différentes expressions du potentiel chimique
Exercices 
Problèmes
5 Équilibres chimiques
1 Avancement d’une réaction
1.1 Stœchiométrie d’une réaction
1.2 Variable de DE DONDER
1.3 Utilisation de la variable de DE DONDER
1.4 Généralisation aux systèmes sièges de plusieurs réactions chimiques
2 Critères d’évolution d’un système siège d’une réaction chimique
2.1 Position du problème 
2.2 Introduction du second principe 
2.3 Relation entre affinité chimique et fonctions d’état usuelles
2.4 Évolution d’un système et signe de l’affinité
2.5 Lien entre affinité chimique et potentiel chimique
3 Constante d’équilibre
3.1 Expression des potentiels chimiques
3.2 Expression de l’affinité chimique
3.3 Constante d’équilibre standard
3.4 Influence de la température sur la constante d’équilibre
3.5 Relations entre grandeurs standard de réaction
3.6 Utilisation des grandeurs de réaction pour le calcul de variation de fonction au cours d’une réaction chimique
4 Utilisation de données thermodynamiques
4.1 Calcul de l’entropie standard de réaction à T = 298 K 
4.2 Calcul de l’enthalpie standard de réaction
4.3 Énergie de liaison
4.4 Calcul des enthalpies standard de réaction à des températures différentes de 298 K
Exercices
Problèmes
6 Déplacements d’équilibres 
1 Variance 
1.1 Règle de GIBBS
1.2 Influence des conditions initiales
1.3 Conséquences sur l’évolution d’un système chimique
2 Déplacements d’équilibre
2.1 Position du problème
2.2 Expression de l’affinité chimique
2.3 Influence de la température
2.4 Influence de la pression pour des réactions gaz/solide 
2.5 Influence de la dilution des réactions faisant intervenir un solvant, des solutés et des solides purs
2.6 Introduction de constituants chimiques
Exercices 
Problèmes 
7 Diagrammes d’ELLINGHAM 183
1 Écriture des réactions d’oxydation 
1.1 Choix d’une convention d’écriture 
1.2 Grandeurs standard de réaction 
1.3 Calcul de la variance
2 Construction et signification du diagramme d’ELLINGHAM
2.1 Une première démarche 
2.2 Une réinterprétation du diagramme 
2.3 Partition du plan pour un élément et ses oxydes
2.4 Structure générale des diagrammes d’ELLINGHAM 
Utilisation du diagramme pour la prévision des conditions de réduction d’un oxyde 
3.1 Cas de réaction entre solides 
3.2 L’exemple de la réduction des oxydes de fer
Exercices 
Problèmes
8 Oxydoréduction – Diagrammes potentiel-pH 
1 Thermochimie appliquée aux réactions d’oxydoréduction 
1.1 Potentiel de GALVANI et potentiel électrochimique
1.2 Force électromotrice d’une pile et potentiel d’oxydoréduction. Affinité chimique
1.3 Enthalpie libre standard de réaction associée à une demiéquation d’oxydoréduction 
1.4 Applications 
2 Tracé du diagramme E–pH de l’eau, principales conventions 
2.1 Conventions de tracé et de frontière
2.2 Diagramme E–pH de l’eau 
3 Diagramme E–pH du fer
3.1 Conventions, diagramme de situation 
3.2 Équations des frontières
3.3 Utilisation du diagramme
4 Diagramme E–pH du zinc
4.1 Conventions, diagramme de situation
4.2 Équations des frontières
4.3 Utilisation du diagramme
4.4 Mise en œuvre industrielle
5 Diagramme E–pH du cuivre
5.1 Conventions, diagramme de situation
5.2 Équations des frontières 
6 Généralisation : diagrammes E–pL 
6.1 Exemple simple, diagramme E–pSCN 
6.2 Présentation du diagramme complet 
Exercices 
Problèmes 
9 Courbes intensité-potentiel. Phénomènes de corrosion 
1 Étude thermodynamique 
1.1 Domaine de stabilité d’une espèce 
1.2 Choix du pH 
1.3 Influence de la présence d’autres espèces en solution 
2 Description des phénomènes cinétiques se déroulant à une électrode
2.1 L’intensité : une mesure de la vitesse de réaction d’oxydoréduction 
2.2 Montage à trois électrodes 
2.3 Facteurs influençant la cinétique des réactions électrochimiques
2.4 Utilisation des courbes intensité-potentiel 
2.5 Dégagement du dihydrogène à la surface des métaux 
3 Application à la corrosion des métaux en présence d’eau
3.1 Protection d’un métal par protection d’une couche d’oxyde 
3.2 Autres moyens de protection apparentés 
3.3 Protection par potentiel imposé 
3.4 Protection par anode sacrificielle 
4 Application à la préparation du zinc par électrolyse
4.1 Anode en plomb
4.2 Cathode en zinc
4.3 Différence de potentiel à imposer
4.4 Nécessité de purifier la solution de sulfate de zinc(II)
4.5 Mise en œuvre industrielle
Exercices 
Problèmes
10 Stéréochimie 
1 Représentations des molécules organiques
1.1 Formule brute 
1.2 Formule développée
1.3 Formule semi-développée 
1.4 Représentation topologique 
1.5 Représentations planes des molécules tridimensionnelles
2 Stéréochimie de conformation 
2.1 Étude de la molécule d’éthane 
2.2 Étude de la molécule de butane 
3 Stéréochimie de configuration : énantiomérie
3.1 Configuration d’une molécule ; chiralité
3.2 Énantiomérie
3.3 Atome de carbone asymétrique 
3.4 Descripteurs stéréochimiques de CAHN, INGOLD et PRELOG
3.5 Comparaison des propriétés physiques usuelles
3.6 Activité optique 
4 Stéréochimie de configuration : diastéréomérie
4.1 Définition
4.2 Molécules avec deux atomes de carbone asymétriques 
4.3 Deux atomes de carbone asymétriques : cas dégénéré 
4.4 Cas de n atomes de carbone asymétriques 
4.5 Diastéréomérie cis-trans due à une double liaison C=C 
4.6 Comparaison des propriétés physiques et chimiques des diastéréomères 
Exercices 
Problèmes 
11 Réactivité de la double liaison carbone-carbone
1 Présentation
1.1 Composés éthyléniques naturels et d’intérêt industriel
1.2 Nomenclature 
1.3 Paramètres géométriques et énergétiques de la double liaison
2 Réactions d’additions électrophiles
2.1 Présentation
2.2 Addition électrophile d’halogénure d’hydrogène
2.3 Addition électrophile d’eau : hydratation
2.4 Addition électrophile de dihalogène : halogénation
3 Hydrobromation radicalaire en chaîne
3.1 Observations expérimentales
3.2 Mécanisme radicalaire en chaîne 
3.3 Stéréosélectivité de la réaction 
4 Quelques notions de base sur les polymères 
4.1 Connectivité 
4.2 Géométrie 
5 Synthèse de polymères
5.1 Mécanisme de la polymérisation anionique en chaîne
5.2 Aspects cinétique et stéréochimique des polymérisations anioniques 
5.3 Aspect thermodynamique de la polymérisation en chaîne 
Exercices 
Corrigés des exercices et des problèmes 
Corrigé des exercices du chapitre 2 
Corrigé des exercices du chapitre 3
Corrigé des problèmes du chapitre 3 
Corrigé des exercices du chapitre 4 
Corrigé des problèmes du chapitre 4 
Corrigé des exercices du chapitre 5 
Corrigé des problèmes du chapitre 5 
Corrigé des exercices du chapitre 6 
Corrigé des problèmes du chapitre 6 
Corrigé des exercices du chapitre 7 
Corrigé des problèmes du chapitre 7 
Corrigé des exercices du chapitre 8 
Corrigé des problèmes du chapitre 8
Corrigé des exercices du chapitre 9 
Corrigé des problèmes du chapitre 9 
Corrigé des exercices du chapitre 10 
Corrigé des problèmes du chapitre 10 
Corrigé des exercices du chapitre 11 

Index 519

Auteur de l'ouvrage 
-  Bruno Fosset
-  jean-Bernard Baudin
-  Frédéric Lahitète
-  Valéry prévost

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