Exercice I

1
Licence de Préservation des Biens Culturels (L2-PBC)
Année 2008-2009
CONTRÔLE DE CHIMIE GENERALE N°2
Répondre directement sur la feuille
NOM :
Prénom :
EXERCICES CALCULS EN SOLUTION
1) Quelle masse m, de chlorure de sodium, NaCl, faut-il peser pour préparer 250 mL d’une solution
de concentration molaire égale à 0,08 mol.L-1 ? (MNa = 23 g.mol-1 , MCl = 35,5 g.mol-1)
dans 250 mL d'une solution à 0,08 mol.L-1 : n = 0,08 × 250.10-3 = 0,02 mol de NaCl
⇒ m = n × MNaCl = 0,02 × 58,5 = 1,17 g
2) On dispose d’une solution initiale de chlorure de sodium à 0,12 mol.L-1
Quel volume V de cette solution doit-on prélever pour préparer 1,5 L d’une solution de
concentration égale à 0,05 mol.L-1 ?
dans 1,5 L d'une solution à 0,05 mol.L-1 : n = 0,05 × 1,5 = 0,075 mol de NaCl
pour prélever 0,075 mole dans la solution initiale : V = n / C = 0,075 / 0,12 = 0,625 L = 625 mL
3) On dissout 3,15 g de NaCl (ions Na+ et Cl-) et 3,15 g de MgCl2 (ions Mg2+ et Cl-) dans 250 mL
d’eau. (MMg = 24,3 g.mol-1)
Quelle est la concentration molaire, en mol.L-1, de chacun des ions ?
3,15 g de NaCl ⇒ n = 3,15 / 58,5 = 0,054 mol de NaCl donc 0,054 mol de Na+ et de Cl3,15 g de MgCl2 ⇒ n = 3,15 / 95,3 = 0,033 mol de MgCl2 donc 0,033 mol de Mg2+ et 2 × 0,033 mol
de Cl[Na+] = 0,054 / 250.10-3 = 0,216 mol.L-1
[Mg2+] = 0,033 / 250.10-3 = 0,132 mol.L-1
[Cl-] = (0,054 + 2×0,033) / 250.10-3 = 0,48 mol.L-1
2
EXERCICES REACTION CHIMIQUE ET STOECHIOMETRIE
A) On fait réagir de la limaille d’aluminium, de formule Al, avec du soufre en poudre, de formule S.
La réaction est totale. (MAl = 27 g.mol-1 , MS = 32 g.mol-1)
1) Ecrire la réaction chimique qui a lieu, sachant que l'on obtient du sulfure d’aluminium, de
formule brute Al2S3.
2 Al (s) +
3 S (s) →
Al2S3 (s)
2) On part de 5,00 g d’aluminium et de 7,00 g de soufre. Déterminer quel est le réactif limitant, la
masse de produit formé ainsi que la masse de réactif restant en excès.
2 Al (s) +
3 S (s) →
Al2S3 (s)
5/27 = 0,185 mol 7/32 = 0,219 mol
Stoechiométrie de la réaction : 2 moles de Al réagissent avec 3 moles de S
Donc 0,185 mole de Al doit réagir avec 0,277 mole de S pour respecter la stoechiométrie
Il n'y a que 0,219 mole de S disponible, le soufre est donc le réactif limitant et il va réagir avec
0,146 mole de Al
2 moles de Al et 3 moles de S donnent 1 mole de Al2S3
donc la réaction entre 0,146 mole de Al et 0,219 mole de S donne 0,146/2 = 0,219/3 = 0,073 mole
de Al2S3 ⇒ m = 0,073 × MAl2S3 = 10,95 g
réactif en excès : Al : excès = 0,185 – 0,146 = 0,039 mole ⇒ m = 0,039 × 27 = 1,053 g
B) 1) Ecrire la réaction chimique (la réaction est totale) entre le soufre, solide de symbole S, et le
dioxygène gazeux, de formule O2, sachant qu’on obtient du dioxyde de soufre, gazeux, de formule
SO2.
S (s) +
O2 (g) →
SO2 (g)
2) Quelle masse de soufre peut-on transformer dans un litre de dioxygène (volume mesuré dans les
Conditions NTP : P = 1 atm, T=0°C, R = 0,082 L.atm.K-1.mol-1) ?
Stoechiométrie de la réaction : 1 mole de S réagit avec 1 mole de O2
1 L de O2 : on applique la loi des gaz parfait : PV = nRT
⇒ n = PV/RT = (1 × 1) / (0,082 × (273+0)) = 0,044 mole
On peut donc transformer 0,044 mole de soufre donc m = 0,044 × 32 ≈ 1,41 g
3
EXERCICES EQUILIBRES DE SOLUBILISATION-PRECIPITATION
1) Calculer la solubilité s du fluorure de calcium (CaF2 ; ions Ca2+ et F-) dans l’eau à 25°C.
On donne Ks= 3,95.10-11 à 25°C.
Ca2+ (aq) +
CaF2 (s)
Solution saturée :
s
Ks = [Ca ][F ] = s × (2s) = 4s ⇒ s =
2+
2 F- (aq)
- 2
2
3
3
Ks
=
4
2s
3
3,95.10−11
= 2,14.10-4 mol/L
4
2) La concentration des ions baryum Ba2+ dans une solution aqueuse saturée en fluorure de baryum
(BaF2) est de 7,6.10-3 mol.L-1.
a) Quelle est la concentration en ions fluorure F- de cette solution ?
Ba2+ (aq)
BaF2 (s)
2 F- (aq)
+
s = 7,6.10-3 mol/L
Solution saturée :
2s
⇒ [F-] = 2 × [Ba2+] = 2 × 7,6.10-3 = 1,52.10-2 mol/L
b) Quel est le produit de solubilité du fluorure de baryum à 25°C ?
Ks = [Ba2+][F-]2 = s × (2s)2 = 4s3 = 1,75.10-6
3) Le produit de solubilité du sulfate de plomb (PbSO4 ; ions Pb2+ et SO42-) est de 1,8.10-8 à 25°C.
Calculer la solubilité du sulfate de plomb dans :
a) l’eau pure
Pb2+ (aq)
PbSO4 (s)
Solution saturée :
+
s
SO42- (aq)
s
Ks = 1,8.10−8 = 1,34.10-4 mol/L
Ks = [Pb2+][SO42-] = s × s = s2 ⇒ s =
b) une solution de nitrate de plomb Pb(NO3)2 (ions Pb2+ et NO3-) de concentration 0,001 mol.L-1
Pb2+ (aq) + SO42- (aq)
PbSO4 (s)
Solution saturée :
s’ + 0,001
s’
Ks = [Pb2+][SO42-] = (s’+0,001) × s’ = s’2 + 0,001×s’ ⇒ s’2 + 0,001×s’ – Ks = 0 équation du 2nd
degré à résoudre
∆ = b – 4ac = 0,001 + 4×Ks ≈ 1,072.10
2
2
-6
−0, 001 + 1, 072.10−6
⇒ s’ =
= 1,77.10-5 mol/L
2
4
EXERCICES EQUILIBRES CHIMIQUES
1) Soit l’équilibre chimique suivant : CH 4( g )
+
H 2O( g )
1
⎯⎯
→
←⎯
⎯
2
CO( g ) +
3 H 2( g )
∆HR = + 206 KJ.mol-1
a) Quelle est l’influence d’une augmentation de la température sur l’équilibre ?
∆HR > 0 ⇒ réaction endothermique dans le sens 1 : si on augmente la température, l’équilibre va se
déplacer dans le sens endothermique donc dans le sens 1
b) Quelle est l’influence d’une diminution de la pression sur cet équilibre ?
On a une augmentation d’une nombre de mole en phase gaz quand la réaction se fait dans le sens 1
(on passe de 2 à 4 moles en phase gaz) donc si on diminue la pression, l’équilibre va se déplacer
dans le sens permettant d’augmenter le nombre de moles en phase gaz donc dans le sens 1
c) Comment se comporte l’équilibre si on élimine H2 au fur et à mesure de sa formation ?
L’équilibre va se déplacer dans le sens permettant la formation de H2 donc dans le sens 1
2) On effectue la réaction suivante à 400°C : N 2 ( g )
+
O2 ( g )
⎯⎯⎯⎯
⎯→
←⎯⎯⎯
⎯⎯
2 NO( g )
a) Une fois l’équilibre atteint à 400°C, on mesure les pressions partielles des différents composés et
on obtient 0,3 atm de N2 ; 0,25 atm de O2 et 0,5 atm de NO. Calculer la valeur de la constante
d’équilibre Kp de cette réaction à 400°C.
KP =
PNO 2
0,52
=
= 3,33
PN2 × PO2 0,3× 0,25
b) Dans une nouvelle expérience, on place 0,4 mole de N2 et 0,4 mole de O2 dans un récipient de 1 L
à 400°C, quelles seront les concentrations molaires de chaque substance à l’équilibre ? (On
considèrera que Kc = Kp)
⎯⎯⎯⎯⎯
→
N 2( g ) + O2( g ) ←⎯⎯⎯⎯
2 NO( g )
⎯
Initial
Equilibre
0,4
0,4-x
0,4
0,4-x
0
2x
2
⇒
⎛ 2x ⎞
2
⎜ ⎟
NO ]
2x )
(
[
V⎠
⎝
=
Kc = K P =
= 3,33 ⇒ Kc =
(0,4-x) 2
[ N 2 ]× [O2 ] ( 0,4-x ) × ( 0,4-x )
V
V
⇒
2x
=
(0,4-x)
2
⇒ x=
Kc
⇒
2x + x × Kc = 0,4× Kc
0,4 × Kc
0,4-x 0, 4 − 0,191
= 0,191 donc [N2]eq = [O2]eq =
= 0,209 mol.L-1
=
V
1
2 + Kc
2x 2 × 0,191
= 0,382 mol.L-1
[NO]eq =
=
V
1