1-5. Figure 1 : Montage utilisé pour la formation de dioxyde d azote 2NO + O 2 2NO 2. GCI 190 Chimie Devoir 3

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1 1-5 CONSIGNES : a) Ce travail est réalisé en équipe de 4 personnes. Remettre 1 seule copie par équipe; b) ous devez le remettre, au plus tard le 28 février 2013 avant 16h00, dans le casier sous le pigeonnier situé au local C QUESTION 1 (2 points) Le monoxyde d azote réagit avec l oxygène contenu dans l air pour former du dioxyde d azote (un gaz brunâtre responsable de l apparition de smog). Cette réaction a lieu dans un montage comme celui présenté à la Figure 1. Initialement, les 2 ballons sont isolés l un de l autre par une valve fermée. La pression dans le ballon contenant le monoxyde d azote est de 20 kpa et celle du ballon contenant le dioxygène est de 80 kpa. Suite à l ouverture de la valve, ces 2 gaz réagissent rapidement dans l ensemble du montage. Déterminez quels sont les gaz présents à la fin de la réaction et calculez leurs pressions partielles. Supposez que la température reste constante à 20 C et que le rendement est de 85%. NO O 2 =10 litres Pression initiale = 20 kpa alve =4 litres Pression initiale = 80 kpa Réaction équilibrée : Figure 1 : Montage utilisé pour la formation de dioxyde d azote 2NO + O 2 2NO 2 Calculons le nombre de moles de NO et d O2 initialement présentes à l aide de l équation des gaz parfaits : n NO = P NO RT = (20,0 kpa)(10,00 L) (8.314 kpa. L. mol 1. K 1 )(293K) = 8, mol NO n O 2 = P O2 RT = (80,0 kpa)(4,00 L) (8,314 kpa. L. mol 1. K 1 )(293K) = 1, mol O 2

2 2-5 Il faut maintenant déduire le réactif limitant. Les nombre initial de moles de NO est inférieur à celui d O2, de plus l équation équilibrée nous indique qu il faut deux fois plus de moles de NO que d O 2 lors de la réaction. NO est donc le réactif limitant. Calculons le nombre de moles de NO, d O2 et de NO2 une fois la réaction complétée, sachant que le rendement est de 85%, la quantité restante est donc 15% pour le NO. mol NO 2 = 85% 100% 0,0821 mol NO 2 mol NO 2 2 mol NO = 0,0698 mol NO 2 mol NO restantes = 15% 0,0821 mol NO = 0,0123 mol NO 100% mol O 2 ayant réagi = 85% 100% 0,0821 mol NO 1 mol O 2 2 mol NO = 0,0349 mol O 2 mol O 2 restantes = (1, mol O 2 initial) (0,0349 mol O 2 ) = 0,0951 mol O 2 Calculons les pressions partielles de O2, NO et de NO2 à l aide de la loi des gaz parfaits, sachant que le volume total est (10,00 L + 4,00 L = ) et que T(K) = = 293 K; P O2 = n O 2RT = (0,0951 mol O 2)(8,314 kpa. L. mol 1. K 1 )(293K) = kpa n NO RT P NO = = (0,0123 mol NO)(8,314 kpa. L. mol 1. K 1 )(293K) = 2,14 kpa P NO2 = n NO 2 RT = (0,0698 mol NO 2)(8.314 kpa. L. mol 1. K 1 )(293K) = 12,1 kpa QUESTION 2 (1 point) Un ballon a une masse de g. Lorsqu il est rempli avec un gaz inconnu dont la pression est 735 mm Hg à 31 C, la masse du ballon est égale à g. Lorsque le ballon est rempli avec de l eau, sa masse est égale à 1067,9 g. Quelle est la masse moléculaire de ce gaz si la masse volumique de l eau à 31 C est g/cm 3? Données de base : mgaz = m ballon+gaz m ballon = =2.889g 1 atm P système = 735mm Hg = atm 760 mm Hg T=31 C+273 = 304 K m ballon+eau = m eau =1067.9g g = 933 g Sachant que la densité de l eau est de 0.997g/cm3 ballon = meau/ρeau =933.3g/0.997 g/cm3 =936.1 cm3=936.1ml= l. Puisque : ngaz = mgaz P et que ngaz = ; Mwgaz RT Nous obtenons : Mwgaz = RTmgaz où R = l atm P mol K Mw = latm 304K 2.889g = 79.6g/mol atm l

3 3-5 QUESTION 3 (1 POINT) Examinez le montage présenté à la Figure 2. Quand on introduit une petite quantité d eau dans l ampoule à l aide du compte-goutte, l eau du bécher monte dans le tube de verre. Expliquez le fonctionnement de cette fontaine. (Indice : le HCl (g) est soluble dans l eau). HCl (g) Ampoule de verre Compte-goutte H 2 O (l) Bécher Figure 2. Montage utilisé pour créer une fontaine maison Quand l eau du compte-gouttes entre dans l ampoule, du chlorure d hydrogène se dissout, créant ainsi un vide partiel. La pression de l atmosphère pousse donc l eau dans le tube vertical. QUESTION 4 (1.5 point) Le moteur d une automobile produit du monoxyde de carbone qui est un gaz toxique. La production de ce gaz est le résultat d une combustion imparfaite de l essence dans le moteur. Le taux de production moyen de ce gaz est de 188 g h -1. Une automobile est stationnée dans un garage souterrain mal ventilé et son moteur tourne au ralenti. Le volume du garage est de 53 m 3. a) Calculez le taux de production de CO en moles min -1 ; b) Combien de temps faudra-t-il pour obtenir une concentration létale de CO dans le garage, soit une concentration de ppmv (partie par million de volume)?

4 ppm veut dire qu il y a particules de gaz CO par de particules d air. La pression d un gaz est directement proportionnelle au nombre de particules de gaz. On peut calculer la pression partielle du CO en kilopascals, en supposant que la pression atmosphérique est de 101 kpa. Une pression partielle en CO de l ordre de 1, kpa est létale. Le volume du garage en litres est de 53 m 3 ; En a), nous avons trouvé la vitesse de production de CO par minute. En une minute, la pression partielle du CO sera de : Comme il s agit de CO produit en une minute, on peut écrire 5, kpa CO/min. Le nombre de minutes qu il faudra pour atteindre le seuil létal, soit 1, kpa est : QUESTION 5 (1.5 point) La formule empirique d un composé gazeux est CH. À 200 C et à une pression de 0.74 atm, g de ce composé occupe un volume de 97.2 ml. Quelle est la formule moléculaire de ce composé? À partir de la loi des gaz parfait, nous obtenons la relation suivante mettant en lien la masse molaire avec les conditions de TP du système : Mw = mrt P ; Ainsi, Mw = 473 K 0.145g l atm mol K = 78g/mol 0.74 atm l Sachant que l unité de base, CH, a une masse molaire de 13 g/mol, nous pouvons déterminer qu il y a 78g/mol/13g/mol = 6 CH dans cette molécule. La formule moléculaire est donc C6H6 (Il s agit du benzène) QUESTION 6 (1 POINT) À 30 C, la pression totale d un mélange d O 2, de N 2 et de CO 2 est de 93.3 kpa et le volume occupé est de 10.0 dm 3. Si la pression partielle de l O 2 est de 26.7 kpa et qu il y a 5.00 g de CO 2 dans ce ballon quelle est : a) La pression partielle de CO 2? PCO2 = nco2rt où nco2 = 5.00g 1mol 44g = 0.11 molco2

5 5-5 PCO2 = 0.11molCO latm 303K = 28.6 KPa 10l b) La fraction partielle de N 2? P N2 =y N2 *P tot où P tot = P O2 +P N2 +P CO2 P N2 =93.3 KPa-26.7KPA-28.6KPa = 38 KPa pression partielle y N2 = 38 KPA/93.3 KPa = = 40.7% fraction molaire c) La fraction molaire d O 2? y O2 = PO2/Ptot = 26.7 KPa/93.3KPa = = 28.6% QUESTION 7 (1 point) À la température ambiante, CH 3 OH est liquide, tandis que H 2 CO est gazeux. Ces deux composés sont polaires. Qu est-ce qui explique cette différence d état? La molécule de méthanol (CH3OH) est liquide car les forces intermoléculaires sont supérieures à celles présente dans le mélange de H2CO. En effet, les molécules de méthanol présente des dipôles permettant de générer des ponts hydrogène (car présence d un groupement O-H). Ces liaisons augmentent la cohésion entre les espèces. Pour sa part, le formaldéhyde présente un dipôle plus faible (-C=O), ce qui fait en sorte que les forces intermoléculaires sont plus faibles. QUESTION 8 (1 point) Lorsque g de XH 2 (où X est un élément inconnu) sont chauffés, il y a formation de l. de dihydrogène à 21 C et kpa. Calculer la masse atomique de X et identifier cet inconnu. XH 2 X(g) + H2(g) Sachant que H2 occupe l, X(g) occupera le même volume. Comme Ptot = KPa = Px+PH2, et comme, d après la stoechiométrie de cette réaction, la fraction molaire de chaque espèce est de 0.5, P x = P H2 =0.5 atm. n H2 = n X = P H2 RT = 0.5atm 0.375l latm = molde H2 et de X 294K Comme, la masse des produits = masse des réactifs mh2+mx=mxh2=0.326g mh2=0.0078molh2*2g/mol=0.016g de H2 mx=0.326g-0.016g=0.31g de X Comme (d après la loi des gaz parfaits) : Mwx = RTmx Px = latm 294K 0.31g 0.5atm l =40g/mol Le composé inconnu est le calcium qui a une masse molaire de 40g/mol.