TP Réactif limitant

Chapitre n° : Modélisation d’une transformation chimique
TP n°…
NOTION DE REACTIF LIMITANT ET D’AVANCEMENT MAXIMAL DE REACTION
MISE EN EVIDENCE DES EFFETS THERMIQUE LORS D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE
Objectifs bac : Pratiquer une démarche expérimentale pour :
-mettre en évidence l’influence des quantités initiales de matière sur la composition d’un système à l’état final.
Contexte du sujet :
Il s’agit d’étudier l’influence des quantités de matière initiales des réactifs sur la composition d’un système dans l’état final.
On considère la réaction entre le vinaigre (acide éthanoïque : CH3COOH) et la poudre d’hydrogénocarbonate de sodium
(NaHCO3).
L’évolution du système peut être modélisée par l’équation chimique :
NaHCO3(s) + CH3COOH (aq)  Na+(aq) + CO2(g) + CH3COO-(aq) + H2O(l)
Données :
-Dans un vinaigre à 8° la concentration molaire de l’acide éthanoïque est C = 1,35 mol.L -1
-Masse molaire de l’hydrogénocarbonate de sodium M = 84,1 g.mol -1
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION DU CANDIDAT
Document n°1 : Matériel mis à votre disposition
-Un flacon en verre de 250 mL
-Une éprouvette graduée
-De l’hydrogénocarbonate de sodium en poudre ; une bouteille de vinaigre à 8°
-Un ballon de baudruche ; une spatule et un entonnoir
TRAVAIL A EFFECTUER
1.Réalisation d’un protocole (10 min conseillées) (Compétence : réaliser)
 Expérience n°1
Dans un flacon en verre de 250 mL ajouter :
-une masse m1 = 3,0 g d’hydrogénocarbonate de sodium (le flacon se trouvant au fond de la salle)
-un volume V1 = 10 mL de vinaigre.
-adapter alors un ballon de baudruche au flacon.
 Coup de pouce : Vous veillerez à ne pas laisser s’échapper de gaz lors du déroulement de la réaction.
-noter vos observations (présence ou pas de solide, estimation qualitative du volume de gaz formé)
 Expérience n°2
Dans un flacon en verre de 250 mL ajouter :
-une masse m1 = 3,0 g d’hydrogénocarbonate de sodium (le flacon se trouvant au fond de la salle)
-un volume V1 = 40 mL de vinaigre.
-adapter alors un ballon de baudruche au flacon.
 Coup de pouce : Vous veillerez à ne pas laisser s’échapper de gaz lors du déroulement de la réaction.
-noter vos observations (présence ou pas de solide, estimation qualitative du volume de gaz formé)
 Expérience n°3 (à faire par le professeur)
Dans un flacon en verre de 250 mL ajouter :
-une masse m1 = 3,0 g d’hydrogénocarbonate de sodium (le flacon se trouvant au fond de la salle)
-un volume V1 = 80 mL de vinaigre.
-adapter alors un ballon de baudruche au flacon.
 Coup de pouce : Vous veillerez à ne pas laisser s’échapper de gaz lors du déroulement de la réaction.
-noter vos observations (présence ou pas de solide, estimation qualitative du volume de gaz formé)
2. Exploitation des résultats obtenus (10 min conseillées) (Compétence : communiquer)
Effectuer un compte rendu d’expérience en mettant en évidence :
-l’influence des quantités de matière initiale sur la composition du système à l’état final
-l’influence du réactif limitant sur l’évolution du système.
1
Chapitre n° : Modélisation d’une transformation chimique
TP n°…
3. Questions supplémentaires
1/ Déterminer les quantités de matière de chaque réactif à l’état initial dans les trois expériences
2/ Compléter les lignes n°2 à n°6 du tableau ci-dessous.
Pour la ligne n°6, vous utiliserez les symboles (< ; = ; >)
Expérience n°1
Expérience n°2
Expérience n°3
Réactif limitant
(Réactif en défaut)
(tiré de l’expérience)
Réactif en excès
(tiré de l’expérience)
ni(NaHCO3 ) en mol
ni(CH3COOH) en mol
Comparer
ni ( NaHCO3 ) et ni (CH 3COOH )
1
1
xmax
3/ L’avancement maximal de réaction (notée xmax) est égal au plus petit rapport entre la quantité initiale de réactif et son
coefficient stoechiométrique. Déterminer pour les trois expériences x max en complétant la dernière ligne du tableau.
4/ Comment expliquer l’arrêt de la réaction chimique.
5/ Proposer une méthode pour déterminer xmax et prévoir le nom du réactif limitant.
6/ Quelle relation existe-t-il entre ni ( NaHCO3 ) et ni (CH 3COOH ) pour qu’à la fin de la réaction, les deux réactifs soient
1
1
limitant ? Un tel mélange initial est dit stœchiométrique.
7/Supposons que la masse initiale d’hydrogénocarbonate de sodium ne change pas. Quel volume d’acide éthanoïque faut-il
ajouter pour avoir un mélange initial stœchiométrique ?
Domaine de compétences « Réaliser « (Rea)
Acquis
En cours
d’acquisition
Non acquis
Réaliser une expérience à partir d’un protocole expérimental
Domaine de compétences « S’approprier » (App)
Notion de réactif limitant
Notion d’avancement maximal de réaction
Domaine de compétences « VAL »
Relation entre quantités initiales de réactifs et composition à l’état
final d’un système
Domaine de compétences « AUTO»
Travailler en binôme
Travailler en autonomie
Faire preuve d’initiative
2
Chapitre n° : Modélisation d’une transformation chimique
Expérience n°1
TP n°…
CORRECTION
Expérience n°2
Abondance de gaz formé
petite
moyenne
Expérience n°3
(A faire par le professeur)
moyenne
Présence de solide dans
le flacon en fin de
réaction
oui
non
non
Expérience n°1
Réactif limitant
(Réactif en défaut)
Expérience n°2
NaHCO3
Expérience n°3
NaHCO3
NaHCO3
Acide acétique
Acide acétique
0,0356 = 0,036
0,036
0,036
0,054
0,108 = 0,11
<
<
Acide acétique
Réactif en excès
ni(NaHCO3 ) en mol
ni(CH3COOH) en mol
0,0135 = 0,014
Comparer
ni ( NaHCO3 ) et ni (CH 3COOH )
1
1
>
0,014
xmax
0,036
0,036
Compte rendu d’expérience
Observations
Expérience n°1 :
-Une effervescence se produit
-Le diamètre horizontale du ballon de baudruche en fin d’expérience est d’environ : ……..
-Présence de solide en fin de réaction
Expérience n°2 :
-Une effervescence se produit
-Le diamètre horizontale du ballon de baudruche en fin d’expérience est d’environ : ……..
-Pas de présence de solide en fin de réaction
Expérience n°3 :
-Une effervescence se produit
-Le diamètre horizontale du ballon de baudruche en fin d’expérience est d’environ : ……..
-Pas de présence de solide en fin de réaction
Interprétation
-Le diamètre du ballon augmente entre l’expérience n°1 et l’expérience n°2
-Le diamètre du ballon n’augmente pas entre l’expérience n°2 et l’expérience n°3
-Dans l’expérience n°2 et n°3 : le bicarbonate est le réactif limitant.
Conclusion
-La quantité de matière initiale influence la composition du système à l’état final.
-La composition du système à l’état final dépend de la quantité initiale de matière du réactif limitant.
4/ L’un des réactifs a été entièrement consommé.
3
Chapitre n° : Modélisation d’une transformation chimique
5/ Déterminer les quantités initiales de matière de chaque réactif
Calculer le rapport :
.
TP n°…
Comparer les deux rapports entre eux.
Le plus petit rapport est égale à xmax
Il donne le nom du réactif limitant.
6/ Si les deux réactifs sont limitants (mélange initial stœchiométrique) alors ni ( NaHCO3 ) = ni (CH 3COOH )
1
1
7/ V ≈ 27 mL
4
Chapitre n° : Modélisation d’une transformation chimique
PROFESSEUR
CONTERIO Sébastien
JOUR DU TP
TP n°…
DATE DU TP DATE DE DEPOT PREPARATEUR
………………….
SALLE
HORAIRE
BAC ELEVE (9 binômes)
TP 13 : Notion de réactif limitant et xmax
Une pissette d’eau distillée
1
1ballon de baudruche
1
1 éprouvette graduée de 50 mL
1
1 entonnoir
1
spatule
1
1 capsule de pesée
1
1 flacon en verre de 250 mL (si possible non teinté)
1
baguette en verre
1
BAC PROF
Vinaigre 8° (compter 50 mL par binôme)
1
Flacon contenant de l’hydrogénocarbonate de sodium
Béchers de 100 mL
1
3
Balances de précision au centième
2
Sac de réserve de ballon de baudruche
1
Eprouvette graduée de 100 mL
1
.
5