Corrigé Mines-Ponts 2025 Chimie PC — Partie II (Pervaporation et élimination d'eau) (Q28 à Q32) : Binaire eau-éthanol à homoazéotrope : domaines, analyse thermique et distillation fractionnée

Q28. Le diagramme est isobare ; à chaque composition, la courbe du haut donne la température de rosée, celle du bas la température d'ébullition :

• courbe 1 : courbe de rosée (apparition de la première goutte de liquide quand on refroidit une vapeur ; elle donne la composition de la vapeur en équilibre avec le liquide) ;
• courbe 2 : courbe d'ébullition (apparition de la première bulle de vapeur quand on chauffe le liquide ; elle donne la composition du liquide en équilibre avec la vapeur).

Domaines (nombre, nature et composition des phases) :

• A (au-dessus de la courbe de rosée) : une phase vapeur, mélange gazeux eau--éthanol de même composition que le système ;
• B et D (entre les deux courbes, de part et d'autre du minimum) : deux phases, liquide et vapeur en équilibre ; à la température $T$, la composition du liquide se lit sur la courbe d'ébullition, celle de la vapeur sur la courbe de rosée (horizontale à $T$), et les proportions par le théorème des moments ;
• C (au-dessous de la courbe d'ébullition) : une phase liquide homogène (eau et éthanol sont miscibles en toutes proportions).

« Homoazéotropique ». Les deux courbes ont un point commun, à $x_{\text{eˊthanol}}\approx 0,9$ et $T\approx 77,5^{\circ }\mathrm{C}$, où elles présentent un minimum avec une tangente horizontale commune. Le mot se justifie par son étymologie : azéotrope signifie « qui bout sans changement » : un mélange de cette composition bout à température constante, comme un corps pur, en donnant une vapeur de même composition que le liquide (on ne peut donc pas le séparer par distillation) ; homo rappelle que la phase liquide est homogène (une seule phase liquide, miscibilité totale), par opposition à l'hétéroazéotrope, où coexistent deux liquides non miscibles.