Notion de stoechiométrie d`une réaction chimique

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Activités du professeur Activités des élèves
Le professeur met les élèves en groupes (il
faut au moins 8 groupes d’élèves pour
réaliser cette expérience)
Le professeur donne les matériels et les
produits nécessaire pour l’expérience.
Le professeur demande :
à tous les groupes de prendre 50 ml de
solution de soude dans la solution de
sulfate de cuivre
au 1er groupe : de verser 5 mL de solution
de soude dans la solution de sulfate de
cuivre
au 2ème groupe : de verser 10 mL de la
solution de soude dans la solution de
sulfate de cuivre
…
au groupe n° n de verser 5×n mL de la
solution de soude dans la solution de
les élèves se mettent en groupe
Notion de stoechiométrie d’une réaction chimique
solution de soude
solution de sulfate
de cuivre
Niveau :
Durée 1h
Prérequis : Réaction de précipitation entre le sulfate de cuivre et la solution de soude
Calcul des nombres de moles à partir d’une concentration et du voluma
d’une solution (Au cas où les élèves ne sauraient pas encore trouver le
nombre de moles à partir de la concentration et du volume de la solution, le
professeur le fera lui-même)
Objectifs : Montrer qu’au cours d’une réaction chimique, les réactifs réagissent dans
des proportions bien déterminées (c’est à dire les proportions
stoechiométriques)
Méthode :
matériels : par groupes :
2 béchers de 100 mL
1 entonnoir + support + papier filtre
1 pipette de 5 mL
tubes à essai et support
Produits Un flacon de 100 mL contenant de la solution de soude (dans la cas où le
produit est insuffisant, on peut employer un seul flacon pour toute la
classe) de concentration c’ = 4. 10
-1
mol.L
-1
1L de solution de sulfate de cuivre de concentration c = 10
-1
mol.L
-1
.
(Pour la préparation, ne pas oublier que le sulfate de cuivre solide est
hydraté avec 5 molécules d’eau CuSO
4
, 5H
2
O)
Mots clés : Stoechiométrie, précipité, filtrat, proportions stoechiométriques, conditions
stoechiométriques, excès, défaut
Déroulement:

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Le professeur demande à chaque groupe
d’apporter son bécher au bureau près du
numéro correspondant au numéro du groupe
Le professeur demande aux élèves
d’observer le résultat de chaque groupe
Le professeur demande aux élèves quelle est
la réaction correspondante
Le professeur demande aux élèves de filtrer
le produit obtenu
La couleur du filtrat devient de plus
en plus pâle et disparaît à partir du
groupe numéro 5.
La quantité de précipité augmente du
premier au nieme groupe
Cu
2+
+ OH
–
→ Cu(OH)
2
Chaque groupe reprend son bécher et
retourne à sa place pour faire la filtration
mélange
filtrat
Le professeur demande aux élèves
d’apporter le filtrat au bureau pour
comparer.
Etude du filtrat :
Le professeur demande aux élèves de
partager leur filtrat en deux tubes A et B :
Verser dans le tube A 5mL de soude (avec
une seringue rincée à l’eau distillée) et dans
le tube B 1mL de solution de sulfate de
cuivre(II) .
Apporter les deux tubes au bureau et placer
les tubes A d’un coté et les tubes B de
l’autre coté en respectant les numéros
successifs
1 2 3 4 5 … 1 2 3 4

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Que voyez-vous dans les tubes A ?
Que voyez-vous dans les tubes B?
Pourquoi apparaît-il un précipité dans les
tubes A jusqu’à 4 quand on ajoute de la
soude ?
Pourquoi n’y a-t-il pas de précipité dans
les tubes A à partir du numéro 5
Pourquoi n’y a-t-il pas de précipité dans
les tubes B du numéro 1 jusqu’à 5 quand
on ajoute du sulfate de cuivre ?
Pourquoi apparaît-il un précipité dans les
tubes B du numéro 6 au numéro n quand
on ajoute de la solution de sulfate de
cuivre
Le professeur présente le tableau de
Il y a des précipités dans les tubes A de 1
jusquà 4 et à partir de 5, il ny a pas de
précipité et la quantité de précipité diminue
de 1 à 4.
Les précipités apparaissent à partir du tube
numéro 6 et la quantité de précipité
augmente
Il reste encore des ions Cu
2+
dans le filtrat.
Il ne reste plus d’ ions Cu
2+
dans le filtrat
Il ne reste plus d’ ions OH
-
dans le filtrat
Il reste encore des ions OH
-
dans le filtrat
Les élèves font le tableau dans leur
Group
e
Milieu réactionnel
Quantité
de
précipité
aspect du
filtrat
Tubes A
+
soude
Tubes B
+
Sulfate
de cuivre
II
Conclusion sur
le milieu
réactionnel
volume
de
solution
de sulfate
de
cuivreII
volume
de
solution
de soude
en mL
1 50 5
Excés
d’ions
Cu
2+
2 50 10
3 50 15
4 50 20
5 50 25 conditions
stoechiométriqu
es
6 50 30
7 50 35
8 50 40
Excés
d’ions
OH
-
coloration bleu d’intensité décroissante
i n c o l o r

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Conclusion :
tous les réactifs utilisés par le groupe 5 ont
été consommés: il n’en reste aucun. On se
trouve dans les proportions stoechiométri-
ques
Le professeur demande à chaque groupe de
nettoyer et de ranger le matériel

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Notion quantitative de stoechiométrie d’une réaction
Activités du professeur Activités des élèves
En prenant les données dans les conditions
stoechiométriques de l’expérience ci
dessus:
(Cu
2+
, SO
42-
) c = 10
-1
mol.L
-1
, v = 50mL
(Na
+
, OH
-
) c’ = 0,4 mol.L
-1
, v’ = 25mL
Calculez le nombre de mole d’ions cuivre
(II) présents n
Cu2+
Calculez le nombre de mole d’ions
hydroxyde versés n
OH-
Comparez le nombre demole d’ions Cu
2+
et celui des ions hydroxyde OH
–
versés
Ecrivez l’équation biman de la réaction
entre les ions cuivre(II) et les ions
hydroxyde .
Pouquoi dans les conditions où
n
OH-
= 2n
Cu2+
, tous les réactifs sont-ils
consommés ?
Le professeur tire la conclusion:
Dans ce cas, on dit qu’on est dans les
conditions stoechiométriques
Envisageons deux cas où nous ne sommes
pas dans les conditions stoechiométriques
Cas du bécher numéro 1
Calculez le nombre de mole d’ions cuivre
(II) dans le filtrat du bécher numéro 1
c
CuSO4
= 10
-1
mol.L
-1
, v
CuSO4
= 50mL
c’
NaOH
= 0,4 mol.L
-1
, v’
NaOH
= 5mL
Quand vous versez de la solution de soude
dans le tube A du numéro 1, que se passe-
t-il ?
Cu
2+
+ OH
–
→ Cu(OH)
2
Ce sont les proportions indiquées par
l’équation bilan de la réaction chimique
n
OH– versés
= c
NaOH
× v
NaOH
n
OH– versés
= 0,4 ×5.10
-3
= 2.10
-3
c
CuSO4
× v
CuSO4
n
Cu2+ initial
=10
-1
×50.10
-3
= 5.10
-3
mol
D’après l’équation bilan de la réaction :
n
OH– réagi
= 2n
Cu2+ réagi
n
Cu2+ réagi
= n
OH– réagi
/2
n
Cu2+ réagi
=2.10
-3
/2 = 10-
3
mol
Le nombre de mole d’ions Cu
2+
restant dans
le filtrat est 5.10
-3
– 10
-3
= 4.10
-3
mol.
Les ions OH
–
réagissent avec les ions Cu
2+
restant pour former un précipité bleu
d’hydroxyde de cuivre(II) Cu(OH)
2
n
Cu2+
= c×v
n
Cu2+
= 10
-1
50.10
-3
= 510
-3
mol
n
Cu2+
= c×v
n
Cu2+
= 10
-1
50.10
-3
= 510
-3
mol
n
OH– versés
= c’ × v’
n
OH– versés
= 0;4 ×25.10
-3
=10
-2
mol
n
Cu2+
=n
OH– versés