Imprimer cette page

Evaluation TP TS1 Chimie

1°) 1.07 g de Na2CO3 solide technique est prélevé, dilué dans 50mL d'eau distillée, et dosé par de l'acide chlorhydrique à 0.97 mol.L-1. Calculer la pureté du Na2CO3 solide si la descente de burette obtenue est de 18 mL avec l'héliantine comme indicateur coloré. (MNa2CO3=106 g.mol-1).
2°) Calculer le titre molaire d'un mélange binaire eau-éthanol de titre massique 25%. (Méthanol=46 g.mol-1, Meau=18 g.mol-1)
3°) Calculer le titre massique d'un mélange binaire eau-éthanol de titre molaire 40%.
4°) Sur le poste distillation simple fonctionnant en régime stationnaire, on observe une température d'ébullition de 91°C. Le mélange binaire d'alimentation eau-éthanol a un titre massique de 25%. Trouver les compositions (titres massiques) du distillat et du résidu en utilisant les courbes d'ébullition et de rosée du mélange considéré.
5°) Représenter le schéma de principe d'une distillation (rectification) discontinue permettant d'illustrer le bilan matière global et partiel, en considérant trois fractions de distillat. Ecrire les équations de bilan avec des notations adaptées.
6°) Faire sous excel un tableau permettant de présenter les données du bilan matière réalisé sur le poste distillation simple (distillation en continu d'un mélange binaire eau-éthanol). Les pertes globales et partielles seront calculées automatiquement par des formules, en absolu (unités kg.h-1) et en relatif (%).
7°) Faire le schéma de principe d'une colonne de désorption à garnissage fonctionnant en continu.
8°) Exploiter, en rédigeant, le bilan matière présenté dans le tableau ci-dessous, correspondant au poste d'évaporation-cristallisation fonctionnant en continu avec de l'eau.
Bilan matière sur 30 mn
Poste évaporation-cristalisation
temps (mn) Bidon d'alimentation
A kg
Condensat
V kg
Concentrat
B kg
t=0 15.275 0.165 0.172
t=30mn 14.00 0.8020 0.7860
9°) Calculer en kJ la quantité d'énergie fournie en 2 minutes par une épingle électrique alimentée à 4 A sous 220V.
10°) Calculer la quantité d'énergie reçue par les 1.8 kg d'eau contenue dans le bouilleur, si celui-ci passe de 57.8°C à 70.1°C pendant les mêmes deux minutes.
11°) Expliquer la différence entre les deux valeurs obtenues.
Réponse

Réponse

1°) 86.5%, 2°) 11.5%, 3°) 63.0%, 4°) 10.7% et 51.1%, 8°) 0.046 kg.h-1 et 1.8%, 9°) 105.6 kJ, 10°) 92.5 kJ, 11°) 13.1 kJ.

Courbe d'ébullition et de rosée eau-éthanol
Correction

Correction

1°) Le nombre de moles de Na2CO3 contenues dans l'échantillon est 0.97×18.10-3/2=8.73.10-3 moles. La masse de Na2CO3 contenue dans l'échantillon est donc 106×0.97×18.10-3/2=0.925 g. La pureté de l'échantillon est donc 106×0.97×18.10-3/(2×1.07)=86.5%. L'impureté probable est de l'humidité.
2°) Dans 100 g de mélange, il y a 25 g d'éthanol et 100-25=75 g d'eau. Le titre molaire en éthanol est le nombre de moles d'éthanol divisé par le nombre de moles total, soit (25/46)/(25/46+75/18)=11.5%.
3°) Dans 100 moles de mélange, il y a 40 moles d'éthanol et 100-40=60 moles d'eau. Le titre massique est la masse d'éthanol divisée par la masse totale, soit (40×46)/(40×46+60×18)=63.0%.
4°) Pour une température d'ébullition de 91°C, le titre du résidu est pris sur la courbe d'ébullition à 4.5% molaire, et le titre du distillat est pris sur la courbe de rosée à 29% molaire. Le titre massique du résidu est donc xW=(4.5×46)/(4.5×46+95.5×18)=10.7%, et le titre massique du distillat est xD=(29×46)/(29×46+71×18)=51.1%. Comme on connaît le titre massique de l'alimentation xF=25%, on peut également déterminer les débits de distillat et de résidu en résolvant le système d'équations formé du bilan matière global et en constituant volatil, soit F=D+W et F×xF=W×xW+D×xD. On trouve W et D.
5°) Bilan global F=W+D1+D2+D3 et bilan partiel F×xF=W×xW+D1×xD1+D2×xD2+D3×xD3
6°) ...
7°) ...
8°) Le procédé fonctionne en continu, le bilan est exploité en kg.h-1. Le débit d'alimentation vaut A=(15.275-14)×30/60=2.548 kg.h-1. Le débit de condensâts vaut V=(0.8020-0.165)×30/60=1.274 kg.h-1. Le débit de concentrâts vaut B=(0.7860-0.172)×30/60=1.228 kg.h-1. Le bilan théorique s'écrit A=V+B. On calcule les pertes par A-V-B=2.548-1.274-1.228=0.046 kg.h-1, et les pertes relatives par (A-B-V)/A=0.046/2.548=1.8%. Pour commentaire, on relève que les pertes en pourcentage sont faibles, le bilan est donc cohérent. De plus, le débit de pertes de 46 g.h-1 représente 23 g sur la durée du bilan qui est de 30 minutes, ce qui est proche de la précision de la balance d'alimentation (2 mesures à une précision de 10g). Il n'y a donc pas de pertes mesurées.
9°) La puissance électrique s'écrit Φélectrique=U×I=220×4=880 Watts, soit 880 J.s-1. En deux minutes, soit 120s, l'énergie électrique fournie est donc Qélec=880×120=105600 Joules, soit 105.6 kJ. Si l'on voulait convertir la puissance électrique fournie en kJ.h-1, cela donne 880×3600/1000=3168 kJ.h-1.
10°) La quantité d'énergie reçue par l'eau s'écrit Qreçue=meau×Cp×ΔT=1.8×4.18×(70.1-57.8)=92.5 kJ.
11°) La différence obtenue entre les deux valeurs précédentes, soit 105.6-92.5=13.1 kJ, représente les pertes thermiques du bouilleur. Elles augmentent avec sa température.