corrigé

Exercices 1S THÈME : OBSERVER/SOLUTIONS COLORÉES/ AVANCEMENT D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE Exercice n°1 :
L’hydroxyde d’aluminium Al(OH)3(s) est un solide blanc qui peut être obtenu lors de la réaction entre les
ions aluminium Al3+(aq) et les ions hydroxyde HO–(aq).
L’équation de la réaction est : Al3+(aq) + 3 HO– (aq) → Al(OH)3(s)
Les graphes (a) et (b) ci-­‐dessous montrent l’évolution des quantités de ces ions en fonction de l’avancement x pour systèmes chimiques différents : Graphe a)
Quelles sont les quantités de matière de réactifs au
départ ? Justifiez.
Le début de la réaction correspond à l’avancement x égal à
0. On lit directement sur le graphe :
6,0 mol pour HO- et 1,5 mol pour Al3+.
Quelles sont les quantités de matière de réactifs au
départ ? Justifiez.
Le début de la réaction correspond à l’avancement x égal à
0. On lit directement sur le graphe :
6,0 mol pour HO- et 2,0 mol pour Al3+.
Qui est le réactif limitant ?
Qui est le réactif limitant ?
Quel est l’avancement maximal ? Justifiez.
Quel est l’avancement maximal ? Justifiez.
Si HO- était limitant, à la fin, il n’en resterait plus. Sur la
Si HO- était limitant, à la fin, il n’en resterait plus. Sur la courbe, on lit nHO-= 0 pour xmax = 2,0 mol.
courbe, on lit nHO-= 0 pour xmax = 2,0 mol.
Si Al3+ était limitant, à la fin, il n’en resterait plus.
Si Al3+ était limitant, à la fin, il n’en resterait plus.
Sur la courbe, on lit nAl3+= 0 pour xmax = 2,0 mol.
Sur la courbe, on lit nAl3+= 0 pour xmax = 1,5 mol.
Les deux réactifs viennent à manquer en même temps.
Celui qui vient à manquer en premier est Al3+ car c’est le
xmax = 2,0 mol.
réactif qui va le moins loin dans la réaction (avancement
max le plus petit des deux réactifs).
xmax = 1,5 mol.
Dans les deux cas, tracez, en la justifiant, la courbe montrant l’évolution de la quantité de matière en
Al(OH)3(s) en fonction de l’avancement x.
On construit un début de tableau d’avancement
Réaction :
Al3+(aq)
État du
système
Initial
Avancement
(mol)
0
En cours…
x
+
3 HO– (aq) → Al(OH)3(s)
Quantités de matière (mol)
1,5 ou 2,0
1,5 – x
ou 2,0 - x
6,0
0
6,0-3x
x
Dans les deux cas, le nombre de moles de Al(OH)3(s) créé est égal à x.
n(Al(OH)3(s))= x C’est donc une droite de coefficient directeur 1 et qui passe par l’origine.
Attention ! Dans le cas (a) elle se termine à xmax = 1,5 mol et dans le cas (b) à xmax = 2,0 mol.
L’un des deux systèmes correspond-il à un mélange stoechiométrique ? Si oui, lequel ? Justifiez.
Dans le cas (b) les deux réactifs viennent à manquer en même temps. Ils sont donc en proportions stoechiométriques.
Dans le cas (a), il reste du réactif HO—en fin de réaction. Donc les réactifs n’étaient pas en proportions
stoechiométriques.
La réaction entre une solution d’acide chlorhydrique et de l’aluminium préalablement décapé produit un
dégagement de dihydrogène selon l’équation :
2 Al(s) + 6 H+(aq) → 2 Al3+(aq) +3 H2(g)
On met en présence 0,52 g d’aluminium et 40 mL de solution d’acide de concentration 2,0 mol.L-1 en H+.
1. Déterminez les quantités de matière de réactifs au début de la réaction :
Calcul de la quantité de matière de l’aluminium :
𝒎𝟏 𝟎, 𝟓𝟐
𝒏𝟏 =
=
= 𝟎, 𝟎𝟏𝟗 𝒎𝒐𝒍 = 𝟏𝟗 𝒎𝒎𝒐𝒍. 𝑴𝟏
𝟐𝟕
Calcul de la quantité de matière des ions H+ :
On a à faire à une solution d’acide chlorhydrique, donc on va parler de concentration molaire en ions H+.
𝒏𝟐 = 𝒄𝟐 . 𝑽𝟐 = 𝟐, 𝟎×𝟒𝟎. 𝟏𝟎!𝟑 = 0,080 𝑚𝑜𝑙 = 𝟖𝟎 𝒎𝒎𝒐𝒍
2. Dressez le tableau d’avancement de la réaction :
2 Al(s)
Equation :
État du
système
initial
en cours
A la fin
Avancement
(en mmol)
0
x
xmax
+ 6 H+(aq)
è
2 Al3+(aq)
+
3 H2(g)
Quantités de matières (mmol).
19
19 – 2 x
19 – 2 xmax
80
80 – 6x
80 – 6 xmax
0
2x
2 xmax
0
3x
3 xmax
3. Déterminez l’avancement final ainsi que le réactif limitant :
si Al(s) était limitant
la réaction s’arrêterait pour 19 – 2 xmax = 0
c'est-à-dire pour
19
𝑥𝑚𝑎𝑥 =
= 9,5 𝑚𝑚𝑜𝑙
2 .
On aurait donc :
xmax = 9,5 mmol.
si H+(aq) était limitant
la réaction s’arrêterait pour 80 - 6xmax = 0
c'est-à-dire pour
6𝑥𝑚𝑎𝑥 = 80 𝑚𝑚𝑜𝑙
ou encore
pour
80
𝑥𝑚𝑎𝑥 =
= 13,3 𝑚𝑚𝑜𝑙
6 On aurait donc :
xmax = 13,3 mmol.
On choisit le plus petit des deux, soit xmax = 9,5 mmol.
Le réactif limitant est donc Al(s).
Déterminez le volume de dihydrogène dégagé sachant qu’au cours de l’expérience, la pression est de 1013
hPa et la température de 20°C :
d’après le tableau d’avancement, à la fin, il se sera formé nf = 3 xmax moles de H2.
Calculons le volume correspondant à ce nombre de moles :
Le volume molaire des gaz dans les conditions de température et de pression de l’énoncé est de 24L.mol-1
𝑉𝑓(𝐻2) = 𝑛𝑓 × 𝑉𝑀 = 3× 9,5. 10!! × 24 = 0,68 𝐿 𝑑𝑒 𝑑𝑖ℎ𝑦𝑑𝑟𝑜𝑔è𝑛𝑒. Exercice n°3 : Composition d’un bronze…
Lors de la réaction entre l’étain (Sn(s)) et les ions H+ de l’acide chlorhydrique, il se produit un dégagement
de dihydrogène et des ions étain (Sn2+(aq)) apparaissent. Dans les mêmes conditions, le cuivre ne réagit pas
avec l’acide.
1. Écrire l’équation de la réaction entre l’étain et les ions H+ :
Sn(s) + 2 H+(aq) èSn2+(aq) + H2(g)
Les cloches sont constituées de bronze, alliage de cuivre et d’étain. Un échantillon de ce bronze de masse
m = 5,4 g est plongé dans une solution d’acide chlorhydrique. On recueille alors 250 mL de dihydrogène.
2. A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminez l’avancement final.
Equation :
État du
système
initial
en cours
final
Sn(s) + 2 H+(aq)
Avancement
(mol)
0
x
xmax
è Sn2+(aq) + H2(g)
Quantités de matières (mol).
n1
n 1- x
n1- xmax
n2
n2 – 2x
n2 – 2 xmax
0
x
0
x
xmax
xmax
D’après le tableau d’avancement, la quantité de matière de H2 formée en fin de réaction vaut : xmax.
D’autre part, d’après l’énoncé, on sait qu’il s’est formé un volume VH = 250 mL de dihydrogène.
Comme on est à 20°C sous 1013 hPa, ceci correspond à un nombre de moles de H créées égal à :
𝑉𝐻2
!!
= 250. 10
× 24 = 0,010 𝑚𝑜𝑙
𝑛𝐻2 = 𝑉𝑀
on peut en conclure que xmax = 0,010 mol
2
2
3. En supposant que les ions H+ étaient en excès, déduire la quantité de matière et la masse de l’étain
présent dans l’échantillon de bronze
Si H+(aq) est en excès, c’est que Sn(s) est limitant. Cela veut dire qu’il n’en restera plus à la fin de la réaction. Ainsi,
on aura :
n1- xmax = 0 et donc n1= xmax = 0,010 mol.
Masse d’étain correspondante :
𝑚1 = 𝑛1 . 𝑀1 = 0,010× 118,7 = 1,2 𝑔
4. Calculer le pourcentage en masse d’étain présent dans le bronze :
Pourcentage en masse d’étain dans le bronze
%𝑆𝑛 = 𝑚1
1,2
×100 =
×100 = 22 %.
𝑚
5,4