Aurélie 27/06/06
 

Système binaire HNO3-H2O : équilibre liquide-vapeur

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Système binaire HNO3-H2O :

Les constantes physiques du système binaire HNO3-H2O sont les suivantes :

T(ébullition) :

HNO3 : 86°C sous une pression de 1 atm ; H2O : 100°C sous une pression de 1 atm; Azéotrope : 121°C sous pression de 1 atm .

(composition en masse de l'azéotrope : 68% HNO3-32% H2O )

  1. Représenter schématiquement l'allure du diagramme isobare caractérisant l'équilibre liquide-vapeur du système (préciser les ordonnées et abcisses
    des points remarquables ).
  2. Quelles sont les fractions molaires, molalité, molarité de HNO3 dans l'azéotrope ( densité par rapport à l'eau d = 1,4) ?
  3. Qu'obtiendra-t-on en tête et en queue de distillation à partir d'une solution contenant 75% en masse de HNO3 ? 

corrigé

Les fractions molaires, molalité, molarité de HNO3 dans l'azéotrope :

68 g d'acide nitrique dans 100 g de solution.

masse molaire acide nitrique : M= 1+14+3*16 = 63 g/mol

Quantité de matière d'acide nitrique (mol) = masse / masse molaire = 68/63 = 1,08 mol

molalité de l'acide nitrique : 10,8 mol dans 1000 g de solution : 10,8 mol / kg.

32 g d'eau dans 100 g de solution ; M(eau) = 18 g/mol)

Quantité de matière (mol) d'eau : 32/18 = 1,78 mol

d'où la fraction molaire en acide nitrique : 1,08/ (1,08+1,78) = 0,37.

volume correspondant à 100 g de solution : 100 / densité = 100/1,4 = 71,4 mL = 0,0714 L

molarité de l'acide nitrique : 1,08 / 0,0714 = 15,1 mol/L.

à partir du mélange à 75 % en masse d'acide nitrique, porté à ébullition ( distillation fractionnée), on obtient : ( voir flèches bleues ci-dessus)

- de la vapeur qui par condensation et ébullition successives, s'enrichit en eau : le distillat final aura la composition de l'azéotrope ( queue de distillation).

Par contre, la tête de distillation aura pratiquement la composition du mélange ( 75 % en masse d'acide nitrique)

- Le bouilleur, par contre, va progressivement s'enrichir en acide nitrique.
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