Utilisation de l`équation chimique

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.
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.
NaOH (s)
+
CO2 (g)
(1)
NaHCO3 (s)
2 NaHCO3 (s) Na2O (s) + 2 O2 (g) + 2C(s) + H20 (g)
(2)
2 NaHCO3 (s) Na2O (s) + 2 CO2 (g) + H20 (g)
(3)
2 NaHCO3 (s) Na2CO3 (s) + CO2 (g) + H20 (g)
(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 ?
4- Exploitation :
a) Pourquoi utiliser l’eau distillé ?
b) Déterminer la quantité initiale d’hydrogénocarbonate de sodium utilisée.
c) Que reste-t-il dans le tube selon l’une ou l’autre des possibilités d’équations ?
d) Quelle est la nature du dégagement gazeux ?
e) Si l’équation chimique est la (3), quelle masse de Na2O (s) doit-on prévoir ?
Pour cela, on pourra construire un tableau d’avancement.
f) Même question pour Na2CO3 (s) si l’équation est la (4).
g) Vérification : vérifier que la masse de solide résiduel est en accord avec
l’équation trouvée.
h) 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
Equation de la réaction
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
Quantité de matière en
cours de la transformation
(mol)
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
Equation de la réaction
3- Manipulations 2:
→ Peser une masse minit = 2,0 g de NaHCO3 (s) dans un tube à essais
préalablement peser (noter sa masse m1).
→ Réaliser le même montage que précédemment (pouvez remplacer l’eau de
chaux par de l’eau distillée.
→ Chauffer légèrement, jusqu’à ce que le dégagement gazeux soit terminé.
→ Lorsque le tube aura refroidi, vous déterminerez la masse du solide
résiduel (mfin).
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
Quantité de matière en
cours de la transformation
(mol)
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
Détermination de la formule du sulfate de cuivre hydraté (si temps libre)
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) Ecrire l’équation chimique symbolisant la réaction de déshydratation qui
a lieu et construire le tableau d’avancement de cette réaction. (voir au
dos)
b) 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 ?
c) En déduire l’indice p d’hydratation du sulfate de cuivre hydraté.
Equation de la réaction
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
Quantité de matière en cours
de la transformation (mol)
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
Correction : Utilisation de l’équation chimique
d) Établissement du tableau descriptif du système en vue d'établir un bilan de matière
Equation de la réaction (3)
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)
b) La réaction de déshydratation est :
(CuSO4 ;pH2O) → CuSO4 (s) + p H2O(g)
Equation de la réaction
(CuSO4 ;pH2O) → CuSO4 (s) + p H2O(g)
Quantité de matière dans
l’état initial (mol)
nhyd
Quantité de matière en cours
de la transformation (mol)
nhyd - x
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
0
0
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
2.x
x
Quantité de matière dans
l’état final (mol)
0
1,2.10-2
*
*
0
e) Établissement du tableau descriptif du système en vue d'établir un bilan de matière
x
p.x
Equation de la réaction (4)
nhyd
pnhyd
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 =
car
M anhydre = 143,6 g.mol −1
nH 2 O
et
nhyd
=5
M H 2 O = 18,0 g.mol −1
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 =
M NaHCO3
=
mi
M NaHCO3
=
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 .
c) Le dégagement gazeux contient du dioxyde de carbone et de l’eau.
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)
–
–
mNaHCO3
2NaHCO3(s) → Na2O(s) + 2CO2(g) + H2O(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