Question 5
Énoncé
On considère la réaction de synthèse de l'ammoniac : N2 + 3 H2 = 2 NH3
En partant d'un mélange gazeux constitué de 1 mol de N2 et de 1,5 mol de H2, on obtient pour cette réaction, à une température et à une pression données, un taux d'avancement exactement égal à 50 %.
Déterminer la valeur du taux de conversion du diazote pour ces conditions expérimentales.
On exprimera le résultat au moyen d'un nombre compris entre 0 et 1 et non en pourcentage.
Aide simple :
Le taux de conversion d'un réactif i est égale au rapport de la quantité de i consommée à la quantité de i initiale.
Rappel de cours :
Pour déterminer la quantité de i consommée, il faut connaître la quantité de i restante. Il est donc nécessaire de déterminer la valeur de l'avancement !
Pourquoi ne pas utiliser la définition du taux de conversion ?
Résultat
Correction
Explications
La définition de l'avancement appliquée aux réactifs conduit à : \(\xi =\frac{n_{H_2}-1}{-1}=\frac{n_{H_2}-1,5}{-3}\)
On détermine la valeur maximale de l'avancement : \(\xi_{max}\). Pour cela, on compare les valeurs de \(\xi\) qui annulent l'une ou l'autre des quantités de réactifs en présence. On obtient \(\xi_1\) = 1 mol pour \(n_{N_2}\) = 0 mol et \(\xi_2\)= 0,5 mol pour \(n_{H_2}\) = 0 mol. D'où \(\xi_{max}\) = \(\xi_2\) = 0,5 mol (on prend la plus petite des valeurs de \(\xi_i\))
La définition du taux d'avancement \(\tau\) conduit ensuite à la valeur de \(\xi\) : \(\tau = \frac{\xi}{\xi_{max}} \Rightarrow \xi = \tau \times \xi_{max} = 0,5 \times 0,5\) = 0,25 mol
et à la quantité de diazote restante : \(n_{N_2} = 1 - \xi\) = 1 - 0,25 = 0,75 mol
Le taux de conversion du diazote est obtenu en effectuant le rapport quantité consommée / quantité initiale : \(\tau_{N_2} =\frac{n_{N_2,O}-n_{N_2}}{n_{N_2,O}}= \frac{1 - 0,75}{1} = 0,25\) = 25%
Remarque : Le taux de conversion du dihydrogène s'obtient de la même façon :
\(n_{H_2}= 1,5 - 3 \xi = 1,5 - 3 \times 0,25\) = 0,75 mol
\(\tau_{H_2}=\frac{n_{H_2,O}-n_{H_2}}{n_{H_2,O}}= \frac{1,5 - 0,75}{1,5}\) = 0,50 = 50%
Il est différent de celui du diazote.