Aurélie sept 2001
Equilibre liquide vapeur

Capes interne 91 exercice suivant

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Le diagramme des phases de l'eau est représenté en coordonnées P et T ci-dessous.

 

  1. Compléter le diagramme en précisant les domaines d'existence des différentes phases.
  2. Placer les points caractéristiques sur le diagramme et indiquer ce qu'ils représentent.
  3. Définir la pression de vapeur saturante. De quel(s) paramètre(s) dépend cette grandeur?
  4. Quelle particularité possède la courbe d'équilibre des phases liquide et solide? Quelle conséquence peut-on en déduire?
  5. On donne le réseau d'isothermes correspondant aux phases liquide et vapeur d'une mole d'eau.

    - préciser les domaines d'existence des deux phases. Comment nomme t-on la courbe en pointillés?
    - Proposer une schématisation simple de l'expérience permettant de réaliser la transformation ABCD. Décrire l'état du système au cours des différents stades de la transformation.
    - Représenter sur la figure 1 la transformation ABCD en précisant les positions des points A, B, C et D.

  6. Différencier les phénomènes d'évaporation dans l'atmosphère et d'ébullition.
  7. Le degré hygromètrique de l'air contenu dans une enceinte à la température T est le rapport de la pression partielle de la vapeur d'eau présente dans l'enceinte à la pression de vapeur saturante à cette température. Ce nombre s'exprime en pourcentage.
    - Sachant que la pression de vapeur saturante à 25°C est 2300 Pa, calculer la masse d'eau contenue dans 1 m3 d'air dont le degré hygromètrique est 70%. On assimilera la vapeur d'eau à un gaz parfait.

corrigé

L'eau existe sous 3 états: solide, liquide et vapeur.

Le point triple T: pour une pression et une température données les 3 phases cohexistent.

Chaque courbe correspond à l'équilibre sous deux phases:

- la vaporisation est le passage liquide vapeur, l'inverse est appelé liquéfaction

- la fusion est la transition solide liquide, le passage inverse est la solidification.

-la sublimation est la transition solide vapeur, la transition inverse est la condensation .

Le point critique C: il limite la courbe de vaporisation. Au delà de C le corps pur est dans un état appelé fluide.

A une température T fixée, il existe un équilibre entre le liquide et la vapeur.

A cet équilibre correspond à une pression p appelé pression de vapeur saturante qui ne dépend que de la température.

La droite ( équilibre liquide solide) est presque verticale, inclinée vers la gauche donc dp / dT <0

Lf : chaleur latente de fusion, grandeur positive.

en conséquence le volume massique uL de l'eau est supérieur à celui uS de la glace.(la glace flotte sur l'eau).

L'eau est un cas particulier: pour la majorité des cas c'est l'inverse avec dp/dT positive.

La courbe en pointillés est appelée courbe de saturation, lle se compose de 2 parties:
- courbe d'ébullition pour V< VC'.

-courbe de rosée pour V>VC'.

Au point critique C' les deux branches se raccordent.

En B apparaît la première goutte de liquide.

de B à C la transformation est isobare

en C la dernière bulle de vapeur disparaît.

les points B et C sont confondus.

Dans l'atmosphère le liquide se transforme entièrement en vapeur.

à la surface de contact liquide, l'évaporation est une vaporisation:

l'atmosphère étant illimitée, la pression de vapeur saturante n'est pas atteinte et le liquide s'évapore lentement et entièrement.

L'ébullition est un phénomène global de formation des bulles dans tout le liquide. Transition liquide vapeur en présence d'air.

p vapeur = 2300 *0,7 = 1610 Pa.

pv = nRT avec n = masse (g) / 18

m = 18pv / (RT) = 1610*1*18 /( 8,31* 293)

m= 11,9 g.

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