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  4. Méthode : Utiliser l'équation d'état des gaz parfaits pour déterminer une caractéristique d'un gaz

Utiliser l'équation d'état des gaz parfaits pour déterminer une caractéristique d'un gaz Méthode

Sommaire

1Rappeler l'équation d'état des gaz parfaits 2Repérer les grandeurs données 3Convertir, éventuellement les grandeurs 4Isoler la grandeur recherchée 5Effectuer l'application numérique

L'équation d'état des gaz parfaits lie la pression, le volume, la température et la quantité de matière d'un gaz. En connaissant trois de ces paramètres, il est possible d'en déterminer un inconnu.

On étudie un volume V=4{,}60 \text{ L} d'un gaz à une température de 18 °C et à une pression 1 \ 020 \text{ hPa} .

Quelle est la quantité de matière de ce gaz ?

Donnée :
La constante des gaz parfaits est R = 8{,}314 \text{ J.mol}^{-1}\text{.K}^{-1} .

Etape 1

Rappeler l'équation d'état des gaz parfaits

On rappelle l'équation d'état des gaz parfaits qui lie la pression p , le volume V , la quantité de matière n et la température T d'un gaz.

L'équation d'état des gaz parfaits lie la pression p , le volume V , la quantité de matière n et la température T d'un gaz :
p_{(\text{Pa})} \times V_{(\text{m}^3)} = n_{(\text{mol})} \times R_{(\text{J.mol}^{-1}.\text{K}^{-1})} \times T_{(\text{K})}

Avec R la constante des gaz parfaits, R = 8{,}314 \text{ J.mol}^{-1}\text{.K}^{-1} .

Etape 2

Repérer les grandeurs données

On repère dans l'énoncé les grandeurs données.

Ici, les grandeurs données sont :

  • la pression p=1 \ 020 \text{ hPa} ;
  • le volume : V=4{,}60 \text{ L} ;
  • la température : T=18\text{ °C} ;
  • la constante des gaz parfaits : R = 8{,}314 \text{ J.mol}^{-1}\text{.K}^{-1} .
Etape 3

Convertir, éventuellement les grandeurs

On convertit, le cas échéant, les grandeurs données afin que :

  • la pression soit exprimée en pascals (\text{Pa}) ;
  • le volume soit exprimé en mètres cubes ( \text{m}^3 ) ;
  • la quantité de matière soit exprimée en moles ( \text{mol} );
  • la température soit exprimée en kelvins ( \text{K} ).

Ici, il faut convertir :

  • le volume : V=4{,}60 \text{ L}=4{,}60.10^{-3} \text{ m}^3 ;
  • la température : T=18\text{ °C}=273{,}15 +18 = 288 \text{ K} ;
  • la pression p=1 \ 020 \text{ hPa} = 1 \ 020.10^2 \text{ Pa} ;
Etape 4

Isoler la grandeur recherchée

On isole la grandeur recherchée.

Ici, la grandeur recherchée est la quantité de matière n. D'après l'équation d'état des gaz parfaits, son expression est :

n_{\text{(mol)}}=\dfrac{p_{\text{(Pa)}} \times V_{\text{(m}^3)}}{R \times T_{\text{(K)}}}

Etape 5

Effectuer l'application numérique

On effectue l'application numérique, la grandeur recherchée étant obtenue dans l'unité légale.

D'où :
n=\dfrac{1 \ 020.10^2 \times 4{,}60.10^{-3}}{8{,}314 \times 288}
n=0{,}196\text{ mol}

La quantité de matière de ce gaz est donc de 0{,}196\text{ mol} .

Voir aussi
  • Cours : La description d'un système thermodynamique : le modèle du gaz parfait
  • Méthode : Convertir une pression en Pascal
  • Méthode : Convertir une température en Kelvin
  • Exercice : Connaître les variables d'état d'un fluide
  • Exercice : Connaître les caractéristiques d'un système thermodynamique
  • Exercice : Convertir des unités de température
  • Exercice : Convertir des unités de pression
  • Exercice : Convertir des unités de masse volumique
  • Exercice : Connaître le modèle du gaz parfait et ses limites
  • Exercice : Connaître l'équation d'état du gaz parfait
  • Exercice : Calculer la pression d'un gaz à l'aide de l'équation d'état du gaz parfait
  • Exercice : Calculer la température d'un gaz à l'aide de l'équation d'état du gaz parfait
  • Exercice : Calculer le volume d'un gaz à l'aide de l'équation d'état du gaz parfait
  • Exercice : Calculer la quantité de matière d'un gaz à l'aide de l'équation d'état du gaz parfait
  • Exercice : Utiliser l'équation d'état du gaz parfait

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