Changement de couleur et réaction chimique

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1 Séance n 6 Changement de couleur et réaction chimique Exercice n 1 On mélange une solution de sulfate de cuivre II, (Cu 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) ), et une solution d hydroxyde de sodium, (Na + (aq) + HO - (aq) ). PARTIE A A l état initial, les quantités de matière introduites sont : n i (Cu 2+ ) = 3, mmol et n i (HO - ) = 2, mmol La couleur.. de la solution de sulfate de cuivre II est due à la présence des ions cuivre II hydratés. La solution d hydroxyde de sodium est. Il y a formation d un précipité bleu d hydroxyde de cuivre II, selon l équation :. Cu 2+ (aq) +.. HO - (aq). Cu(OH) 2 (s) Les ions SO 4 2- et Na + (aq) ne réagissent pas ; ils sont appelés ions spectateurs. 1 )Ajuster les nombres stoechiométriques de l équation précédente. Compléter :..mol d ions Cu 2+ réagissent avec..mol d ions HO - pour former mol d hydroxyde de cuivre Cu(OH) 2. 2 )Le mélange initial est-il stoechiométrique? Le mélange initial est stoechiométrique lorsque les réactifs sont introduits dans des proportions correspondant aux nombres stoechiométriques (proportions consommées par la réaction) : n i (Cu 2+ ) /. = n i (HO - ) /. Lorsque la réaction s arrête, à l état final, tous les réactifs ont été consommés. Comparons n i (Cu 2+ )/. et n i (HO - ) / :. Le mélange...stoechiométrique 3 )Identifier le réactif limitant. Lorsque le mélange des réactifs n est pas stoechiométrique, la réaction s arrête lorsque un des réactifs a été entièrement consommé. Comparer n i (Cu 2+ ) /. et n i (HO - ) /. :. 4 )Le mélange final est filtré. Quelle est la couleur du filtrat? 5 )Tableau d avancement (tableau d évolution des quantités de matière). L avancement x est une grandeur, exprimée en mol, qui permet de décrire l évolution du système. Compléter le tableau suivant, excepté la dernière ligne.

2 Equation de la réaction Initial + intermédiaire x Final 6 ) maximal Si l ion Cu 2+ est le réactif limitant, alors : n f (Cu 2+ ) = n i (Cu 2+ ) -. = = Si l ion HO - est le réactif limitant, alors : n f (HO - ) = n i (HO - ) -. = = On choisit la plus petite valeur qui annule les quantités de chacun des réactifs. Donc : = Le réactif limitant est donc.. car n f (. ) =. Est-ce en accord avec la réponse au 3 )?... Compléter la dernière ligne du tableau après avoir effectué les calculs nécessaires. 7 )Quelle quantité initiale d ions HO - faut-il introduire pour que le mélange soit stoechiométrique? PARTIE B Répondre aux mêmes questions pour : n i (Cu 2+ ) = 1,5 mmol et n i (HO - ) = 4, mmol Quelle quantité initiale d ions Cu 2+ faut-il introduire pour que le mélange soit stoechiométrique? Equation de la réaction Initial + intermédiaire x Final

3 Exercice n 2 Les ion permanganate MnO - 4 (aq) et les ions fer (II) Fe 2+ (aq), en présence d ions H + en excès, réagissent selon la réaction d équation : MnO - 4 (aq) + Fe 2+ (aq) + H + (aq) Fe 3+ (aq) +.Mn 2+ (aq) +.H 2 O(l) En solution, les ions Fe 2+ (aq) sont vert pâle, les ions Fe 2+ (aq) jaunes et les ions MnO - 4 (aq) violets. («fuschia»). 1 )Déterminer le réactif limitant pour chacun des trois mélanges suivants : a. Mélange A : n i (MnO - 4) = mol et n i (Fe 2+ ) =,4 mol. b. Mélange B : n i (MnO - 4) = mol et n i (Fe 2+ ) = 1,5 mol. c. Mélange C : n i (MnO - 4) = mol et n i (Fe 2+ ) = 1, mol. 2 )Faire la liste des espèces colorées présentes à l état final pour chaque mélange. 3 )En déduire la couleur des systèmes chimiques correspondants. 4 )Compléter les tableau d avancement suivants : Quantités de matière (mol Quantités de matière (mol Quantités de matière (mol

4 Séance n 6 Changement de couleur et réaction chimique Exercice n 1 On mélange une solution de sulfate de cuivre II, (Cu 2+ (aq) + SO 4 2- (aq) ), et une solution d hydroxyde de sodium, (Na + (aq) + HO - (aq) ). PARTIE A A l état initial, les quantités de matière introduites sont : n i (Cu 2+ ) = 3, mmol et n i (HO - ) = 2, mmol La couleur bleue de la solution de sulfate de cuivre II est due à la présence des ions cuivre II hydratés. La solution d hydroxyde de sodium est incolore Il y a formation d un précipité bleu d hydroxyde de cuivre II, selon l équation : 1 Cu 2+ (aq) + 2 HO - (aq) 1 Cu(OH) 2 (s) Les ions SO 4 2- et Na + (aq) ne réagissent pas ; ils sont appelés ions spectateurs. 1 )Ajuster les nombres stoechiométriques de l équation précédente. Compléter : 1 mol d ions Cu 2+ réagissent avec mol 2 d ions HO - pour former 1 mol d hydroxyde de cuivre Cu(OH) 2. 2 )Le mélange initial est-il stoechiométrique? Le mélange initial est stoechiométrique lorsque les réactifs sont introduits dans des proportions correspondant aux nombres stoechiométriques (proportions consommées par la réaction) : n i (Cu 2+ ) / 1 = n i (HO - ) / 2 Lorsque la réaction s arrête, à l état final, tous les réactifs ont été consommés. Comparons n i (Cu 2+ )/1 et n i (HO - ) /2 : n i (Cu 2+ )/1 = 3,mmol et n i (HO - ) /2 = 1,mmol n i (Cu 2+ )/1 n i (HO - ) /2 Le mélange n est pas stoechiométrique 3 )Identifier le réactif limitant. Lorsque le mélange des réactifs n est pas stoechiométrique, la réaction s arrête lorsque un des réactifs a été entièrement consommé. Comparer n i (Cu 2+ ) / 1 et n i (HO - ) /2. : n i (Cu 2+ )/1 > n i (HO - ) /2 L ion hydroxyde HO est le réactif limitant. 4 )Le mélange final est filtré. Quelle est la couleur du filtrat? Les ions cuivre II, Cu 2+, sont en excès. Le filtrat est donc bleu. 5 )Tableau d avancement (tableau d évolution des quantités de matière). L avancement x est une grandeur, exprimée en mol, qui permet de décrire l évolution du système. Compléter le tableau suivant, excepté la dernière ligne.

5 Equation de la réaction Cu 2+ (aq) + 2 HO (aq) Cu(OH) 2 (s) Initial n i (Cu 2+ ) = 3, n i (HO - ) = 2, intermédiaire x n i (Cu 2+ ) - x n i (HO - ) 2 x x Final =n i (HO - )/2 1, n i (Cu 2+ ) - = 2, n i (HO - ) 2 1, 6 ) maximal Si l ion Cu 2+ est le réactif limitant, alors : n f (Cu 2+ ) = n i (Cu 2+ ) - = = n i (Cu 2+ ) = 3, mmol Si l ion HO - est le réactif limitant, alors : n f (HO - ) = n i (HO - ) - 2 = = n i (HO - ) / 2 = 1, mmol On choisit la plus petite valeur qui annule les quantités de chacun des réactifs. Donc : = 1, mmol Le réactif limitant est donc l ion HO - car n f (HO - ) =. Est-ce en accord avec la réponse au 3 )?Il y a accord avec la réponse au 3 ). Compléter la dernière ligne du tableau après avoir effectué les calculs nécessaires. 7 )Quelle quantité initiale d ions HO - faut-il introduire pour que le mélange soit stoechiométrique? n i (Cu 2+ )/1 = n i (HO - ) /2 n i (HO - ) = 2 n i (Cu 2+ ) n i (HO - ) = 2 x 3, = 6, mmol PARTIE B Répondre aux mêmes questions pour : n i (Cu 2+ ) = 1,5 mmol et n i (HO - ) = 4, mmol Quelle quantité initiale d ions Cu 2+ faut-il introduire pour que le mélange soit stoechiométrique? Equation de la réaction Initial n i (Cu 2+ ) = 1,5 Cu 2+ (aq) + 2 HO (aq) Cu(OH) 2 (s) n i (HO - ) = 4, intermédiaire x n i (Cu 2+ ) - x n i (HO - ) 2 x x Final 1,5 n i (Cu 2+ ) - = n i (HO - ) 2 1, 1,5

6 Exercice n 2 Les ion permanganate MnO - 4 (aq) et les ions fer (II) Fe 2+ (aq), en présence d ions H + en excès, réagissent selon la réaction d équation : 1 MnO - 4 (aq) + 5 Fe 2+ (aq) + 8 H + (aq) 5 Fe 3+ (aq) + 1 Mn 2+ (aq) + 4 H 2 O(l) En solution, les ions Fe 2+ (aq) sont vert pâle, les ions Fe 3+ (aq) jaunes et les ions MnO - 4 (aq) violets. («fuschia»). 1 )Déterminer le réactif limitant pour chacun des trois mélanges suivants : a. Mélange A : n i (MnO - 4) = mol et n i (Fe 2+ ) =,4 mol. n i (MnO - 4)/1 = mol ; n i (Fe 2+ )/5 =,8 mol. n i (MnO - 4)/1 > n i (Fe 2+ )/5 : l ion Fe 2+ réactif limitant. b. Mélange B : n i (MnO - 4) = mol et n i (Fe 2+ ) = 1,5 mol. n i (MnO - 4)/1 = mol ; n i (Fe 2+ )/5 =,3 mol. n i (MnO - 4)/1 < n i (Fe 2+ )/5 : l ion MnO - 4 réactif limitant. c. Mélange C : n i (MnO - 4) = mol et n i (Fe 2+ ) = 1, mol. n i (MnO - 4)/1 = mol ; n i (Fe 2+ )/5 = mol. n i (MnO - 4)/1 = n i (Fe 2+ )/5 : Le mélange est stoechiométrique. A l état final, les deux réactifs ont été entièrement consommés. 2 )Faire la liste des espèces colorées présentes à l état final pour chaque mélange. Mélange A : les ions Fe 2+ (aq) vert pâle et les ions MnO - 4 (aq) violets. Mélange B : les ions Fe 2+ (aq) vert pâle et les ions Fe 3+ (aq) jaunes. Mélange C : les ions Fe 3+ (aq) jaunes. 3 )En déduire la couleur des systèmes chimiques correspondants. Mélange A : rose Mélange B : jaune vert Mélange C : jaune 4 )Compléter les tableau d avancement suivants : MnO - 4(aq)+5 Fe 2+ (aq) +8H + (aq) 5 Fe 3+ (aq)+mn 2+ (aq) +4 H 2 O(l) Initial n i (MnO - 4) Quantités de matière n i (Fe 2+ ),4 Intermé diaire x - x,4-5x 5 x x final,8,2-,12,4-5 5,4,8

7 Mélange B MnO - 4(aq)+5 Fe 2+ (aq) +8H + (aq) 5 Fe 3+ (aq)+mn 2+ (aq) +4 H 2 O(l) Initial n i (MnO - 4) Quantités de matière n i (Fe 2+ ) 1,5 Intermé diaire final x - x 1,5-5x 5 x x,2-1,5-5,5 5 1, Mélange C MnO - 4(aq)+5 Fe 2+ (aq) +8H + (aq) 5 Fe 3+ (aq)+mn 2+ (aq) +4 H 2 O(l) Initial n i (MnO - 4) Quantités de matière n i (Fe 2+ ) 1, Intermé diaire x - x 1,-5x 5 x x final,2-1,-5 5 1,