TP Chimie N° 01

Étude d’une

transformation chimique.

Correction.

 

   

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Objectifs :  

Déterminer des quantités de matière en réactif et produit. 

Effectuer une transformation chimique, identifier un gaz, trouver le réactif limitant expérimentalement et par le calcul. 

Comparer une valeur théorique et une valeur expérimentale.

 

I- Aspect qualitatif.

a)-  Mode opératoire.

ManipulationDans un tube à essais,

-    verser 1 mL environ de vinaigre.

-    Préparer un autre tube à essais contenant de l’eau de chaux pour la caractérisation du gaz.

-    Placer à l’aide d’une spatule de l’hydrogénocarbonate de sodium dans le premier tube à essais.

-    Rapidement surmonter l’ensemble d’un tube à dégagement dont l’extrémité est en contact avec l’eau de chaux contenue dans le deuxième tube à essais

b)-  Observation et compte rendu.

Rappeler la formule de l’ion sodium.

L’hydrogénocarbonate de sodium étant un solide ionique. Quelle est la nature et la valeur de la charge électrique de l’ion hydrogénocarbonate ?

Sachant que ce dernier est formé d’un atome d’hydrogène, d’un atome de carbone et de trois atomes d’oxygène, donner l’écriture chimique du solide.

-  Formule de l’ion sodium : il provient d’un atome de sodium ayant perdu 1 électron.

Il porte la charge (+ e).

Na

11

K (2) L (8) M(1)

K (2) L (8) OCTET

L’ion sodium : Na+

-  L’ion hydrogénocarbonate :

-  Nature de la charge :

L’ion hydrogénocarbonate est chargé négativement,

Il porte une charge électrique négative, il porte la charge (– e).

-  Écriture symbolique de l’ion hydrogénocarbonate :

HCO3

-  Écriture chimique du solide :

Formule de l’hydrogénocarbonate de sodium :

Na HCO3

 

-    Le vinaigre est une solution d’acide éthanoïque de formule CH3COOH

Schématiser la transformation chimique et la mise en évidence du produit formé.

Le produit formé peut-il être unique ? Justifier.

Écrire l’équation bilan de la réaction.

-  Schémas de la transformation :

 

-  Le gaz obtenu trouble l’eau de chaux, c’est du dioxyde de carbone CO2.

-  Le produit formé ne peut pas être unique car le dioxyde de carbone est formé des éléments carbone et oxygène, il manque l’élément hydrogène.

-  On donne :

Le vinaigre à 6 ° est une solution aqueuse d’acide éthanoïque de concentration :

-  C = 1,0 mol / L.

-  On note l’acide éthanoïque :  (H + + A )

-  Équation bilan de la réaction : formulation simplifiée

(H + + A )    +     Na HCO3           CO2     +     H2O    +   (Na + + A )

-  On peut donner  la formulation suivante :

CH3COO H     +     Na HCO3           CO2     +     H2O    +   (Na + + CH3COO   )

 

II- Aspect quantitatif.

On veut déterminer la quantité du gaz qui se dégage par la mesure de son volume.

a)-  Mode opératoire.

Peser à l’aide d’une balance électronique et d’un verre de montre environ 3 g d’hydrogénocarbonate de sodium. 

-    Noter la valeur exacte de la masse prélevée : m = 3,0 g

-    Introduire dans le ballon de baudruche la quantité d’hydrogénocarbonate pesée à l’aide de l’entonnoir.

-    Verser dans le flacon 20 mL de vinaigre à 6 °

-    Adapter le ballon à l’orifice du flacon puis faire tomber la totalité de la poudre du ballon dans le flacon (Attention : maintenir le ballon) : observer.

-    Agiter prudemment le flacon jusqu’à ce que l’effervescence cesse.

 

-    Mesurer le volume gazeux lorsque la réaction est finie.

-    Pour cela, on assimilera le ballon à une sphère et on déterminera le diamètre moyen du ballon à partir de la mesure de la circonférence moyenne du ballon à l’aide d’un fil inextensible :

-    On utilisera la relation suivante : .

 

b)-  Compte-rendu.

 

 

Déterminer le volume vexp de gaz formé (Volume d’une sphère : .

-  Mesures :

-  L 1 = 29 cm et L 2 = 30.7 cm

-  Diamètre moyen du ballon :

-  

-  Volume de gaz formé :

- 

 

Déterminer la quantité de matière nexp de gaz formé.

-    On prendra : vm = 24,0 L / mol.

-  Quantité de matière de dioxyde de carbone formé :

-    

 

Quel est le réactif limitant lors de l’expérience ? Justifier par le calcul.

-  Dans un premier temps, il faut calculer les quantités de matière de chaque réactif.

-  Quantité de matière d’hydrogénocarbonate de sodium :

- 

-  Quantité de matière d’acide éthanoïque :  

-  n2 = C . V

-  n2 = 1,0 x 20 x 10 – 3

-  n2 2,0 x 10 – 2  mol

 

-  A ce niveau, il faut faire un tableau d’avancement de la réaction.

 

Équation

NaHCO

+  C H3 COOH

CO2 (g)

+  ………

État du système

Avancement

mol

1

2

État initial (mol)

x = 0

n1 = 3,6 x 10 – 2

n2 = 2,0 x 10 – 2

0

Au cours de la

transformation

x

n1  – x

n2  –  x

x

État final (mol

x = xmax

n1  – xmax

n2  –  x max

xmax

 

-  Il faut calculer la valeur de x max

-  Hypothèse 1 :

-  On considère que le réactif limitant est l’hydrogénocarbonate de sodium.

-  En fin de réaction, il a été totalement consommé, on peut écrire :

-  n1  – xmax1 = 0

-  n1  – xmax1 =  3,6 x 10 – 2  mol

-  Hypothèse 2 :

-  On considère que le réactif limitant est l’acide éthanoïque.

-  En fin de réaction, il a été totalement consommé, on peut écrire :

-  n2  – xmax2   =  0

-  n2  – xmax2   =  2,0 x 10 – 2  mol

-  Conclusion :

-  On ne peut pas consommer plus de réactif qu’il n’y en a.

-  L’avancement maximal est égal à la plus petite des deux valeurs trouvées :

-  xmax = xmax2  =  2,0 x 10 – 2  mol   <  xmax1 =  3,6 x 10 – 2  mol

 

Quelle est la quantité de matière théorique ntheo de gaz ?  

-  Quantité de matière théorique de dioxyde de carbone :

-   ntheo = xmax max2 =  2,0 x 10 – 2  mol  

-  Volume théorique de gaz :

-  Vtheo = ntheo . Vm

-  Vtheo   2,0 x 10 – 2  x 24

-  Vtheo   0,48 L

 

Calculer la valeur de l’écart relatif et donner sa valeur en pourcentage.

-  Écart relatif :

- 

 

Commentaires :

-  Le résultat est médiocre.

-  Quelles sont les explications que l’on peut donner pour justifier ce résultat ?

 


 Matériel : Pour les préparateurs

   

Matériel :

 

Élèves :  chariot ou paillasse

-  Tubes à essais

-  spatules

-  tube à dégagement

-  pipette jaugée de 20 mL et propipette

-  ballon de baudruche

-  Entonnoir

-  Flacon de 125 mL

-  Fil inextensible

-  Verre de montre

Professeur : bureau

-  balance électronique

Solutions :

-  Hydrogénocarbonate de sodium

-  Vinaigre à 6 ° (de concentration C = 1 mol / L en acide éthanoïque que l’on note (H+ + A)