PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL

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1 TP SUIVI D'UNE TRANSFORMATION PAR MESURE DE PRESSION PROTOCOLE EXPÉRIMENTAL I. Équation chimique de la réaction Test du dioxyde ce carbone : lors de la réaction entre le calcaire et l'acide chlorhydrique il y a effervescence. Le gaz qui se dégage trouble de l'eau de chaux ce qui indique qu'il s'agit du dioxyde de carbone. acide chlorhydrique Exemple de montage : entonnoir à robinet tube à dégagement calcaire eau de chaux Equation chimique : 2H + aq + CaCO 3 (s Ca 2+ aq + CO 2 (g + H 2 O (l II. Étude quantitative 1. Proposer une méthode pour mesurer le volume occupé par le mélange gazeux et la mettre en application. (On néglige le volume du tube. Le volume qu'occupe le mélange gazeux est égal au volume du flacon moins ml (acide versé. Pour mesurer le volume occupé par le mélange gazeux (air-co 2 on peut remplir le flacon d'eau et mesurer ce volume d'eau avec une éprouvette graduée. A ce volume mesuré, on soustrait le volume d'acide versé. Volume de gaz dans le flacon : V= 1 - = 96mL = 9,6.1 - m 3 2. Comment déterminer la pression du dioxyde de carbone P CO2? Lorsque qu'un gaz se forme dans un récipient fermé, sa pression s'ajoute à celle du gaz présent au départ. On peut donc calculer la pression du dioxyde de carbone de la façon suivante : P CO2 = P f - P air 3. Calculer la quantité de dioxyde de carbone formé. La quantité de dioxyde de carbone peut se calculer en utilisant la loi des gaz parfait : d'où n CO 2 p CO 2 RT V (attention aux unités dans les calculs p V n CO 2 CO 2 RT III. Résultats (voir page 3, et 5 IV. Pourcentage massique de calcaire contenu dans une coquille d'œuf 1. Décrire et réaliser une expérience permettant de vérifier qu'une coquille d'œuf contient du calcaire. On peut réaliser la même expérience que pour mettre en évidence le CO 2. On remplace le calcaire par une coquille d'œuf. La mise en évidence du CO 2 montre la présence de calcaire dans la coquille d'œuf. 2. Proposer un protocole expérimental permettant de déterminer le pourcentage massique de calcaire dans la coquille. On peut utiliser le même protocole que le précédent. Le calcaire sera remplacé par une coquille d'œuf. Il faudra déterminer avec une balance la masse m c de la coquille, s'assurer que la quantité d'acide est suffisante pour faire réagir tout le carbonate de calcium contenu dans la coquille (on peut déterminer la quantité minimale d'acide nécessaire en considérant que la coquille est constituée uniquement de carbonate de calcium. On peut aussi utiliser 1,g de coquille d'œuf et la même quantité d'acide que dans le protocole (le carbonate de calcium de la coquille d'œuf sera donc le réactif limitant. Comme dans le protocole précédent, la pression finale permettra de trouver la pression en CO 2 et donc la quantité de CO 2 produite. La quantité de CO 2 produite étant égale à la quantité initiale de carbonate de calcium, on peut alors retrouver la quantité et la masse de carbonate de calcium m(caco 3 présente dans la coquille. 3. Quel est le pourcentage massique de calcaire dans une coquille d'œuf? p = m(caco 3 /m c Le pourcentage obtenu sera proche de 1% 1

2 II. Étude quantitative (suite Paramètres de l'expérience : Volume du flacon : 1,L Température : = 25 C ; T=29K Volume de gaz dans le flacon : 96mL = 9,6.1 - m 3 Tableau de résultats : m (g P air (hpa P f (hpa P CO2 (hpa n(co 2 expérimental n(co 2 théorique présence d'un solide ph : <7 ou >7 ou =7, ,1.1-2 mol,.1-2 mol non <<7, ,2.1-3 mol 6,.1-3 mol non <<7, ,1.1-3 mol,.1-3 mol non <<7 1, ,.1-3 mol 1,.1-2 mol non <7* 1, ,.1-3 mol 1,.1-2 mol oui <7* 1, ,.1-3 mol 1,.1-2 mol oui <7* * La solution finale est légèrement acide car elle contient du dioxyde de carbone dissout. III. Résultats 1. Quantité de CO 2 en fonction de m : 3. Quantité théorique de CO 2 en fonction de m : n CO2 (mmol 11 1 n(co 2 théorique 9 n(co 2 expérimental m(g. Interprétation des deux parties obtenues : 1 ère partie : segment passant par l'origine, plus la quantité de CaCO 3 est grande plus la quantité de CO 2 formé est grande, le carbonate de calcium est le réactif limitant (pour les 3 premiers cas 2 ème partie : la courbe présente un palier qui indique que la quantité de CO 2 formé n'augmente pas, ce qui signifie que l'acide chlorhydrique a été totalement consommé, l'acide chlorhydrique est le réactif limitant. Dans le ème cas les réactifs sont dans des proportions stœchiométriques. 2

3 2. Evolution d'un système chimique : 2H + aq + CaCO 3 (s Ca 2+ aq + CO 2 (g + H 2 O (l L'équation bilan indique que la disparition de 2 moles de H + s'accompagne de la disparition de 1 mole de CaCO 3 et de la formation de 1 mole CO 2 de et de 1 mole de Ca 2+ En conséquence, lorsque 2x moles de H + ont disparu, 1x moles de CaCO 3 ont aussi disparu, alors que 1x moles de CO 2 et 1x moles de Ca 2+ ont été produites. Calculs des quantités de réactifs : n(h + = C A.V A =,5.1-3 = 2,.1-2 mol (pour l'acide chlorhydrique c=[h + ]=[Cl - ] = m/m(caco 3 avec M(CaCO 3 = 1g.mol -1 Equation chimique 2H + + CaCO 3 CO 2 + Ca 2+ (+ H 2 O 1 er cas : Etat initial x i = 2,.1-2,.1-3 En cours de transformation avancement x(mol 2, x,.1-3 -x x x Etat final x final =,.1-3 1,2.1-2,.1-3, ème cas : Etat initial x i = 2,.1-2 6,.1-3 En cours de transformation avancement x(mol 2, x 6,.1-3 -x x x Etat final x final =6,.1-3,.1-3 6,.1-3 6, ème cas : Etat initial x i = 2,.1-2,.1-3 En cours de transformation avancement x(mol 2, x,.1-3 -x x x Etat final x final =,.1-3,.1-3,.1-3,.1-3 ème cas : Etat initial x i = 2,.1-2 1,.1-2 En cours de transformation avancement x(mol 2, x 1,.1-2 -x x x Etat final x final =1,.1-2 1,.1-2 1, ème cas : Etat initial x i = 2,.1-2 1,2.1-2 En cours de transformation avancement x(mol 2, x 1, x x x Etat final x final =1,.1-2, ,.1-2 1, ème cas : Etat initial x i = 2,.1-2 1,.1-2 En cours de transformation avancement x(mol 2, x 1,.1-2 -x x x Etat final x final =1,.1-2,.1-2 1,.1-2 1,.1-2 Détails du calcul de x final pour le 2 ème cas : La transformation s'arrête lorsqu'un des réactifs à totalement disparu, ce qui nous amène à résoudre le système : = et n(h + = d'où 6,.1-3 -x = ou 2, x = La solution est x = 6,.1-3 d'où x final = 6,.1-3 mol et CaCO 3 est le réactif limitant. (x final est la plus grande valeur de x possible 3

4 . Comparaison des deux graphes et interprétation : La comparaison des deux graphes fait apparaître que la quantité de CO 2 produite devrait être plus importante. Cela peut être du au fait que le CO 2 est soluble dans l'eau. Le CO 2 qui se forme au départ se solubilise dans l'eau de la solution jusqu'à saturation. Une concentration trop faible de l'acide chlorhydrique peut aussi expliquer une trop faible quantité de CO 2 produite. 5. Graphes représentant les quantités, n(h +, n(co 2 et n(ca 2+ en fonction de x pour le 1 er, le 3 ème et le 5 ème cas (chaque cas sera représenté séparément. 2 ème cas : n(mmol 2 2 n(h + n(ca 2+ =n(co 2 1 x(mmol ème cas : Les proportions sont stœchiométriques n(mmol 2 n(h + n(ca 2+ =n(co 2 1 x(mmol

5 6 ème cas n(mmol 2 n(h + n(ca 2+ =n(co 2 Interprétation des graphes obtenus : 1 x(mmol Les quantités de réactifs sont représentées par des droites à coefficient directeur négatif. Les quantités de produits sont représentées par des droites à coefficient directeur positif passant par l'origine (ici deux droites confondues car n(ca 2+ = n(co 2 d après l'équation bilan Sur chaque graphique l'intersection d'une des droites avec l'axe des abscisses (n=mol permet de trouver la valeur de x final. La transformation s'arrête lorsque x final est atteint, c'est à dire lorsqu'un des réactifs a totalement disparu. Ce réactif est le réactif limitant. Les quantités de réactifs et de produits restent alors constantes. 5

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