TP 1 : Utilisation de l`équation chimique

TP 1 : Utilisation de l’équation chimique
Objectifs :
 Réalisation d’un bilan de matière pour valider l’équation chimique symbolisant
une réaction chimique.
 Utilisation de l’équation chimique symbolisant une réaction chimique pour
réaliser un bilan de matière.
I- Détermination de la formule du sulfate de cuivre hydraté.
1- Objectif de la manipulation :
Le sulfate de cuivre anhydre de couleur blanche s’hydrate facilement,
c’est à dire que chaque cristal s’entoure d’un nombre p (entier) de
molécules d’eau. Sa formule est alors (CuSO4, pH20) et sa couleur est
bleue.
Nous désirons déterminer l’indice d’hydratation p des cristaux de sulfate
de cuivre hydraté.
2- Manipulation :
 Peser un bécher avec un agitateur en verre. Noter la masse totale m1.
 Dans ce même bécher, peser mhyd = 3,00 g de fins cristaux de sulfate
de cuivre hydratés.
 Chauffer au bain marie, en mélangeant avec l’agitateur en verre
jusqu’à décoloration complète des cristaux.
 Peser l’ensemble (m2) et en déduire la masse des cristaux anhydre
man.
3- Exploitation des mesures
a) Peut-on déterminer facilement la quantité de matière initiale nhyd de
cristaux hydratés ?
b) Ecrire l’équation chimique symbolisant la réaction de
déshydratation qui a lieu et construire le tableau d’avancement de
cette réaction.
c) Quelle relation existe-t-il entre la quantité de matière d’eau nH20 et
celle de cristaux sulfate de cuivre anhydre nan dans l’état final ?
d) En déduire l’indice p d’hydratation du sulfate de cuivre hydraté.
II- Décomposition de l’hydrogénocarbonate de sodium.
1- Objectif de la manipulation :
Déterminer à partir des conclusions expérimentales (observations et
mesures), l’équation chimique modélisant la décomposition thermique de
l’hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 (s).
En effet, l’hydrogénocarbonate de sodium, connu également sous le nom
de bicarbonate de sodium, est un solide anhydre qui se décompose sous
l’action de la chaleur. On donne ci-dessous quatre équations chimiques
susceptibles de modéliser cette décomposition.
NaHCO3 (s)
2 NaHCO3 (s)
2 NaHCO3 (s)
2 NaHCO3 (s)




NaOH (s)
+
CO2 (g)
Na2O (s) + 2 O2 (g) + 2C(s) + H20 (g)
Na2O (s) + 2 CO2 (g) + H20 (g)
Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H20 (g)
(1)
(2)
(3)
(4)
a) À la simple lecture de ces équations, peut-on déjà éliminer une ou
plusieurs d'entre elles ? Justifier.
b) Parmi les produits des réactions proposées, quels sont ceux que l'on
sait caractériser et comment ?
2- Manipulation 1:
Chauffer l’hydrogénocarbonate de sodium et faire barboter le gaz qui se
dégage dans de l’eau de chaux. Noter toutes vos observations et conclure.
D'après les résultats expérimentaux, peut-on à nouveau écarter une ou
plusieurs équations ?
3- Manipulations 2:
 Peser une masse mi = 2,0 g de NaHCO3 (s) dans un tube à essais
préalablement peser (noter sa masse m1).
 Réaliser le montage.
 Chauffer légèrement, jusqu’à ce que le dégagement gazeux soit
terminé.
 Lorsque le tube aura refroidi, vous déterminerez la masse du solide
résiduel (mf).
4- Exploitation :
a) Déterminer la quantité initiale d’hydrogénocarbonate de sodium
utilisée.
b) Que reste-t-il dans le tube selon l’une ou l’autre des possibilités
d’équations ?
c) Quelle est la nature du dégagement gazeux ?
d) Si l’équation chimique est la (3), quelle masse de Na2O (s) doit-on
prévoir ? Pour cela, on pourra construire un tableau d’avancement.
e) Même question pour Na2CO3 (s) si l’équation est la (4).
f) Vérification : vérifier que la masse de solide résiduel est en accord
avec l’équation trouvée. Calculer l’écart relatif.
g) Conclure.
Remarque : on aurait pu raisonner à partir de la mesure du volume
de CO2(s).
Données :
M(Cu) = 63,5 g.mol-1 ; M(S) = 32,1 g.mol-1 ; M(Na) = 23,0 g.mol-1 ;
M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1 : M(C) = 12,0 g.mol-1
c) Le dégagement gazeux contient du dioxyde de carbone et de l’eau.
Correction TP 1 : Utilisation de l’équation chimique
I- 3- a) On ne peut pas déterminer la quantité initiale de sulfate de cuivre
hydraté car on ne connaît pas la valeur de p (donc connaît pas Mhyd donc pas
nhyd)
d) Établissement du tableau descriptif du système en vue d'établir un bilan de
matière
Equation de la réaction (3)
b) La réaction de déshydratation est :
(CuSO4 ;pH2O) → CuSO4 (s) + p H2O(g)
(CuSO4 ;pH2O) → CuSO4 (s) + p H2O(g)
Equation de la réaction
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
nhyd
Quantité de matière en cours
de la transformation (mol)
nhyd - x
x
p.x
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
0
nhyd
pnhyd
0
0
car
M anhydre  143,6 g.mol 1
nH 2O
et
nhyd
et
manhydre  m1  m2 
II- 1- a) Nous pouvons déjà éliminer l’équation 1 car lors d’une décomposition
thermique il y a formation d’eau ce qui n’est pas le cas ici.
b) Le CO2(g) se caractérise par une eau de chaux qui se trouble, l’eau se
détecte en présence de sulfate de cuivre anhydre (blanc) qui en se présence
devient bleu.
4- a) nNaHCO3 
mNaHCO3
M NaHCO3

mi
M NaHCO3

2,4.10-2
0
0
0
Quantité de matière en
cours de la transformation
(mol)
2,4.10-2 –
2.x
x
2.x
x
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
0
1,2.10-2
*
*
Equation de la réaction (4)
5
M H 2O  18,0 g.mol 1
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
e) Établissement du tableau descriptif du système en vue d'établir un bilan de
matière
c) La relation qui lie ces 2 quantités de matière est : nH 2 O  p.nhyd
d) L’indice p d’hydratation est alors p 
2NaHCO3(s) → Na2O(s) + 2CO2(g) + H2O(g)
2,0
 23,8.10 4 mol
84
b) Il reste au fond du tube soit de l’oxyde de sodium Na2O soit du carbonate
de sodium Na2CO3 .
2NaHCO3(s) → Na2CO3(s) + CO2(g) + H2O(g)
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
2,4. 10-2
0
0
0
Quantité de matière en
cours de la transformation
(mol)
2,4. 10-2 – 2.x
x
x
x
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
0
1,2.10-2
*
*
* Ne se mesurent pas dans les conditions de l'expérience (espèces gazeuses).
f) g)
–
–
Si l'équation (3) est la “ bonne ”, la masse attendue de produit solide
formé (le Na2O(s) dans ce cas) est de 0,74 g (xmax = 1,2.10–2 mol).
Si l'équation (4) est la “ bonne ”, la masse attendue de produit solide
formé (le Na2CO3(s) dans ce cas) est de 1,27 g (xmax = 1,2.10–2 mol).
Le résultat expérimental donne une masse de 1,3 g : il est possible de conclure.
Liste de matériel pour la classe de 1S pour le TP 1 : Utilisation de
l’équation chimique
Par paillasse élève :
 Produits :
De l’eau de chaux
100 g d’hydrogénocarbonate de sodium
100 g sulfate de cuivre hydratés
 Matériel :
1 Balance électronique
1 Réchaud électrique pour tubes à essai
1 agitateur en verre
1 bécher
2 tubes à essai
1 tube coudé avec bouchon pour tube à essai
1 pince en bois
Pour le Mercredi 14 septembre à 14h