TP Chimie N° 03

Suivi d’une

transformation

chimique.

Correction.

 

   

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Objectifs :

=>     Étudier une transformation chimique mettant en jeu des espèces solides et gazeuses en solution aqueuse.

=>     Mesurer des quantités de matière gazeuse à température et pression constants.

=>   Faire un tableau d’avancement de la réaction.

=>     Identifier le réactif limitant et prévoir l’état final du système.

 

Matériel :

Solution d’acide chlorhydrique de concentration C = 0,50 mol / L,

 solution de soude de concentration C = 1,0 mol / L,

un ruban de magnésium,

tubes à essais, tube à dégagement, cristallisoir, éprouvette graduée de 25 mL,

allumettes, gants et lunettes, bouchons.

 

I - Étude qualitative de la réaction entre l'acide chlorhydrique et le magnésium.

1)- Expérience.

2)- Compte-rendu.

II- Étude quantitative de la réaction suivie par mesure de volume gazeux à T et P constants.

1)- Préparation du montage et calculs préliminaires.

2)- Expérience et mesures.

III - Récapitulatif.

1)- Établir et remplir un tableau d'avancement.

2)- Comparer la quantité de matière de dihydrogène obtenue n à la quantité de matière théorique n théo. Conclure

 

I- Étude qualitative de la réaction entre l’acide chlorhydrique et le magnésium.

1)- Expériences.

ManipulationExpérience 1 :

-   Dans un tube à essais n° 1, verser  2 mL de la solution d’acide chlorhydrique à 0,50 mol / L, puis introduire un petit morceau de ruban de magnésium ( 2 cm ).

-    Bouchez un instant avec un bouchon.

-    Craquer une allumette et la présenter à l’ouverture du tube à essais n° 1 tout en enlevant le bouchon.

-    Puis laisser l’expérience se poursuivre.

ManipulationExpériences complémentaires :

-    Test 1 : Prélever environ 1 mL de la solution obtenue dans un tube à essais n° 2 et ajouter avec précaution quelques mL de soude et observer.

-    Test 2 : Dans un tube à essais n° 3, verser 1 mL de solution aqueuse de sulfate de magnésium.

-    Ajouter quelques gouttes de soude et observer.

2)- Compte-rendu :

-    Faire les schémas des différentes étapes.

-  Expérience 1 :

 

 

-    Donner la nature du gaz qui produit une légère détonation en présence d’une flamme.

-  Le gaz qui produit une légère détonation en présence d’une flamme est le dihydrogène  H2.

-    Comparer le résultat des deux tests pratiqués. Que peut-on en déduire ?

-    Quels sont les ions formés lors de la réaction entre l’acide chlorhydrique et le magnésium ?

-    écrire l’équation de la réaction qui se produit dans les tubes n° 2 et 3.

 

-  Expériences complémentaires :

-  Test 1 :

  

-  Test 2 :

 

 

-  Résultat des deux tests :

-  Test 2 :

Ce test est caractéristique des ions magnésium.

Il permet de les mettre en évidence.

-  Solution aqueuse de sulfate de magnésium :

-  Cette solution contient les ions sulfate SO42 (aq) et les ions magnésium Mg 2+ (aq)

-  La formule de la solution aqueuse est la suivante : 

{ Mg 2+ (aq) + SO 42 (aq) }

-  La solution aqueuse de soude contient les

ions sodium Na+ (aq)

et les ions hydroxyde HO (aq)

-  La formule de la solution aqueuse est la suivante : 

{ Na+ (aq)) + HO (aq) }

-  Les ions magnésium et les ions hydroxyde sont incompatibles. 

-  Lorsqu’on verse la soude dans une solution contenant des ions magnésium,

ces ions réagissent et s’éliminent. 

-  Il se forme un précipité blanc d’hydroxyde de magnésium : 

-  Il se produit la réaction suivante :

Mg2+ (aq)     +      2  HO (aq)        Mg(OH)2 (s)

-  Le test 1 met en évidence la présence d’ions magnésium dans le mélange réactionnel.

-  Dans le tube n°1 :

on a mis en présence

du magnésium à l’état solide Mg (s)

et une solution aqueuse d’acide chlorhydrique de formule : { H+ (aq) + Cl (aq) }

-  Au cours de la réaction il se forme :

des ions magnésium Mg2+ (aq) (mis en évidence par le test 1)

et on observe un dégagement de dihydrogène H2

-    Écrire l’équation de la transformation chimique qui se produit dans le tube n° 1 sachant que les ions chlorure ne participent pas au bilan de la réaction.

-  Équation de la transformation chimique :

Mg (s)   +   2 H + (aq)      →      Mg2+ (aq)   +   H 2 (g)

II- Étude quantitative de la réaction suivie par mesure de volume gazeux à T et P constants.

1)- Préparation du montage et calculs préliminaires.

a)- Préparer une cuve à eau. Mesurer la température de l’eau θ1 et celle de l’air ambiant θ2.

-  θ1  =  20,2 ° C

-   θ2 = 23,3 ° C

b)- Un mètre de magnésium en ruban a une masse m1 = 1,2 g .

-    On utilise 1 cm , ou 1,5 cm , ou 2 cm de ruban de magnésium.

RédactionDéterminer la quantité de matière n1 de magnésium utilisé. On donne : M (Mg) = 24,3 g / mol.

Longueur du ruban

de magnésium

Quantité de

matière de magnésium utilisé

 n1  en mol

Formule

1  =  1,00 cm

4,94 x 10 – 4

2  =  1,50 cm

7,41 x 10 – 4

3  =  2,00 cm

9,88 x 10 – 4

c)- Pour l’acide chlorhydrique, on utilise une éprouvette graduée de 25 mL que l’on rempli à raz bord.

-    Le volume total d’acide chlorhydrique versé dans l’éprouvette est V2 = 39 mL et la concentration de la solution est C2  = 0,50 mol / L 

Rédaction Déterminer la quantité de matière n2 d’ions H +(aq)  contenue dans l’éprouvette.

-  Quantité de matière d’ions hydrogène H +(aq) :

-  n2  = [ H + ] . V2

-  n2  = 0,50 x 39 x 10 – 3

-  n2  = 1,95 x 10 – 2  mol

-  n2  2,0 x 10 – 2  mol

RédactionQuel est le réactif limitant de la réaction entre le magnésium et l’acide chlorhydrique ?

-  En fin de réaction, on s’aperçoit que le ruban de magnésium a complètement disparu. 

-  Le réactif limitant est le magnésium Mg (s).

2)- Expérience et mesure.

Il faut utiliser les gants et les lunettes.

 

a)- Remplir avec précaution une éprouvette graduée de 25 mL avec une solution d’acide chlorhydrique de concentration C2  = 0,50 mol / L 

-    Boucher l’extrémité de l’éprouvette graduée avec un carré de papier.

b)- Placer le morceau de magnésium plié en deux au fond de la cuve à eau.

c)- Le coiffer avec l’éprouvette remplie d’acide que l’on retourne délicatement sur la cuve à eau.

-    Retirer lentement le carré de papier.

-    Équilibrer  les volumes d’eau et d’acide en rajoutant (éventuellement de l’eau dans la cuve (le niveau du liquide dans l’éprouvette est plus haut que le niveau de liquide dans la cuve).

RédactionFaire les schémas légendés des différentes étapes de l’expérience et indiquer les observations.

-  Schémas : On remplit l’éprouvette de la solution d’acide chlorhydrique.

 

   

RédactionNoter le volume  V de gaz en fin de réaction (il faut faire en sorte que la pression du gaz dans l’éprouvette est sensiblement égale à la pression atmosphérique :

-    Il faut que le niveau du liquide dans l’éprouvette soit à la même hauteur que le niveau du liquide dans la cuve).

-  Volume de gaz en fin de réaction :

V1

V2

V3

13,5 mL

20,5 mL

28,1 mL


 

RédactionÀ quelle pression se déroule l’expérience ?

-  L’expérience se déroule à la pression atmosphérique si on équilibre les niveaux.

 

-  Valeur de la pression : p 971,5 hPa

 

RédactionPourquoi la réaction s’arrête-t-elle ? Quel est le réactif limitant ?

-  La réaction s’arrête par manque d’un des réactifs, ici le magnésium

(il disparaît en fin de réaction)

-  On dit que le magnésium est le réactif limitant.

Rédaction Quelles sont les causes d’incertitude sur la mesure du volume  de gaz formé ?

-  Il y a des incertitudes au niveau de la mesure de la pression et au niveau de la lecture de la valeur du volume de gaz dégagé.

Rédaction Calculer la valeur de la quantité de matière n de dihydrogène formé.

-  Quantité de matière n de dihydrogène formé : 

N° 1

N° 2

N° 3

Formule

mol

mol

mol

5,3 x 10 – 4

8,1 x 10 – 4

1,1 x 10 – 3

III- Récapitulatif.

1)- Établir et remplir un tableau d’avancement de la réaction.

-  Tableau d’avancement de la réaction :

-  La grandeur x représente l’avancement, en mole,  de la réaction à l’instant t.

-  On représente le système à différents instants : 

-  à l’instant initial (avant le mélange), au cours de la transformation et à l’instant final (lorsque la réaction est terminée).

Équation

Mg (s)

+   2 H + (aq)

Mg 2+ (aq)

+  H2 (g)

État u système

Avancement

mol

mol

 

mol

mol

État initial (mol)

x = 0

n1  = 4,94 x 10 – 4

n2 = 2,0 x 10 – 2

0

0

Au cours de la

transformation

x

4,94 x 10 – 4  –  x

2,0 x 10 – 22 x

x

x

État final (mol)

x = xmax

4,94 x 10 – 4  –  xmax

2,0 x 10 – 22 xmax

 

xmax

xmax

xmax = 4,94 x 10 – 4 

0

1,9 x 10 – 2

 

4,94 x 10 – 4 

4,94 x 10 – 4 

 

2)- Comparer la quantité de matière de dihydrogène obtenue n à la quantité de matière théorique nthéo. Conclure.

       

 

N° 1

N° 2

N° 3

Valeurs

expérimentales

5,3 x 10 – 4

8,1 x 10 – 4

1,1 x10 – 3

Valeurs théoriques

4,94 x 10 – 4

7,41 x 10 – 4

9,88 x10 – 4

Précision

7,3 %

9,3 %

8,4 %

 

-  Les valeurs sont du même ordre de grandeurs.

-  L’imprécision est surtout liée à la mesure de la valeur du volume de gaz dégagé et à la mesure de la pression du gaz.

-  Précision de la mesure :

- 

-  La précision est médiocre.

On ne pouvait pas espérer mieux avec le matériel utilisé.