Tableaux d avancement évaluation

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1 obs. 8 Tableaux d avancement évaluation Classe : Nom : Note : /20 appréciation: Problème n 1 : Document n 1 : Le nitrate de potassium, connu depuis le Moyen Âge sous le nom de salpêtre (du latin médiéval salpetrae, littéralement : sel de pierre) est un composé de formule chimique KNO 3. On le récolte en grattant des pierres ou des briques situées dans des lieux sombres et humides, comme les caves où il apparaît en couche pulvérulente blanchâtre. Document n 2 : On nomme poudre à canon, ou poudre noire, un mélange déflagrant de salpêtre, de soufre et de charbon de bois (carbone). Elle a été utilisée jusqu au XVIIIe siècle dans les armes à feu. Les proportions massiques utilisées sont 6 parties de salpêtre pour une de soufre et une de carbone. Une cartouche de fusil contient 12g de poudre noire. La plupart des historiens pensent que la poudre à canon fut inventée en Chine vers le VI e siècle. La poudre noire, contenant du salpêtre, a un goût salé en raison de ce constituant. Pendant les différents conflits européens de la fin du XVIII e et du début du XIX e siècle, les soldats utilisaient de la poudre noire pour assaisonner et conserver leurs aliments lorsque le sel venait à manquer. Document n 3 : Grenadier de l armée de Napoléon 1ier Balles de fusil Charleville

2 Document n 4 : 1. Positionner le chien sur le premier cran. 2. Ouvrir le bassinet. 3. Déchirer la cartouche en dessous de la partie pliée. 4. Remplir le bassinet. 5. Fermer le bassinet. 6. Verser le reste de poudre contenu dans la cartouche dans le canon. 7. Enfoncer à fond la balle enveloppée dans le papier, le papier en premier, il fait office de calepin et de bourre. 8. Tasser légèrement d un ou deux coups de baguette. 9. Positionner le chien sur le cran d armé. 10. FEU!

3 Document n 6 : Dans le feu de pied ferme, le premier rang se porte trois pas en avant, tire, puis, faisant demi-tour, passe entre les files des autres rangs et recharge ses armes. Chacun des rangs, successivement, en fait autant. La manœuvre est à peu près la même pendant la marche en avant ou en retraite, et les mouvements successifs des divers rangs qui se traversent causent du désordre. On avait essayé de faire tirer toute une manche à la fois, en faisant mettre les premiers rangs à genou ; on y avait renoncé à cause de la longueur de la charge, pendant laquelle le bataillon restait dégarni de feux. Document n 5 : L'Infanterie au XVIII e siècle - LA TACTIQUE En 1886 est inventée la poudre pyroxylée, qui ne dégage aucune fumée et peu de résidus lors de sa combustion. Cette poudre est aujourd'hui utilisée dans toutes les armes contemporaines, car la quasi-absence de résidus ne les encrasse pas. Donnée : Volume molaire pour les gaz à 20 C sous 1013 hpa : 24 L.mol -1 Questions : Lors de l explosion, la réaction qui a lieu entre les trois réactifs produit du sulfure de potassium K 2S solide, du diazote gazeux et du dioxyde de carbone gazeux. La réaction est très exothermique. 1. Ecrire et équilibrer la réaction qui a lieu : Pour les réactifs : D après le document 2, on sait que la poudre noire est «un mélange déflagrant de salpêtre, de soufre et de charbon de bois (carbone)». D après le document 1, on sait que le salpêtre a pour formule chimique : KNO 3. Pour les produits : D après l énoncé ci-dessus, il se forme «du sulfure de potassium K 2S solide, du diazote gazeux et du dioxyde de carbone gazeux» On en déduit l équation de la réaction que nous devons équilibrer : 2KNO 3(s) + S (s) + 3C (s) K 2S (s) + N 2(g) + 3CO 2(g) 2. Calculer les masses des réactifs contenus dans une cartouche : D après le document 2, on sait que les proportions massiques utilisées sont 6 parties de salpêtre pour une de soufre et une de carbone. Une cartouche de fusil contient 12g de poudre noire. On en déduit : que la masse totale m = 12 g est divisée en 8 parties : Masse de salpêtre (6 parties sur 8) : m 1 = 12= 9 g. Masse de soufre (1 parties sur 8) : m 1 = 12= 1,5 g. Masse de salpêtre (1 parties sur 8) : m 1 = 12= 1,5 g.

4 3. Calculer les quantités de matière des réactifs contenus dans une cartouche Nombre de moles de salpêtre : n 1 = = 0,1 mol Avec M 1 = M(K) + M(N) + 3 M(O) = 39,1 + 32, = 90,2 g/mol Nombre de moles de soufre : n 2 = = 0,047 mol Nombre de moles de carbone : n 3 = = 0,125 mol 4. Compléter le tableau d avancement de cette réaction : Equation de la réaction : 2KNO 3(s) + S (s) + 3C (s) K 2 S (s) + N 2(g) + 3CO 2(g) Etat du système Avancement (mol) Quantité de matière (mol) Début 0 0,1 0,467 0, En cours x 0,1-2x 0,467 - x 0,125-3x x x 3x Fin xmax 0,1-2x max 0,047 - x max 0,125-3x max xmax xmax 3 xmax 5. Les réactifs sont-ils en proportions stœchiométriques? si KNO 3(s) était limitant si S(s) était limitant si C(s) était limitant la réaction s arrêterait pour 0,1-2x max = 0 c'est-à-dire pour x max = 0,1/ 2 = 0,05 mol. x max = 0,05 mol. la réaction s arrêterait pour 0,467 - x max = 0 c'est-à-dire pour x max = 0,047 mol. x max = 0,047 mol. la réaction s arrêterait pour 0,125-3x max = 0 c'est-à-dire pour x max = 0,125/3 0,042 mol x max = 0,042 mol. On choisit le plus petit des deux, soit x max = 0,042 mol. Le réactif limitant est donc C(s). On voit que théoriquement, le mélange n est pas tout à fait stœchiométrique, cependant, les 3 x max sont très proches, donc il est presque stœchiométrique. 6. Quel volume minimum de gaz est formé lors de cette réaction? D après le tableau d avancement, on voit qu il s est formé xmax moles de N 2(g) et 3 xmax moles de CO 2(g). Volume total de gaz formé : V = xmax Vm + 3 xmax Vm = 4 xmax Vm = 4 0, L.

5 7. Expliquez comment la balle est expulsée du fusil (vous pourrez vous aider d un schéma si vous le souhaitez). Lorsque l on tire, le silex vient percuter le métal et crée une étincelle qui déclenche la réaction sur la poudre noire contenue dans le bassinet. Par le conduit qui relie le bassinet à l intérieur du fusil, la réaction (très exothermique) se propage sur la poudre contenue à l intérieur du canon. Une grande quantité de gaz chauds (réaction exothermique) est libérée. Mais comme ces gaz sont confinés dans un volume très étroit, au fond du canon et ne peuvent fuiter à cause du papier tassé sous la balle, cela crée une très grande pression qui va expulser la balle vers l extérieur. 8. Quelle masse de sulfure de potassium s est-il créé en fin de réaction? D après le tableau d avancement, on voit qu il s est formé x max moles de K 2S (s). M = 2M(K) + M(S) = 2 39,1 + 32,1 = 110,3 g/mol Masse correspondante : m = xmax M = 0, ,3 4,6 g. 9. Pourquoi fallait-il nettoyer les armes à feu après chaque tir? Quand a-t-on trouvé un moyen de remédier à ce problème? On voit que la réaction ne forme pas que des gaz. Il reste des résidus solides qui peuvent adhérer aux parois du canon. Ainsi il s encrasse vite Il faut le nettoyer car un canon encrassé peut devenir dangereux. D après le document 6, «en 1886 est inventée la poudre pyroxylée, qui ne dégage aucune fumée et peu de résidus lors de sa combustion». 10. Comment fonctionnait donc l organisation des lignes de fantassins des armées napoléoniennes? Pourquoi? D après le document 5, on apprend que «dans le feu de pied ferme, le premier rang se porte trois pas en avant, tire, puis, faisant demi-tour, passe entre les files des autres rangs et recharge ses armes. Chacun des rangs, successivement, en fait autant». D autre part, nous avons-vu que le soldat devait nettoyer régulièrement son canon et d après le document 4, on voit que le chargement de l arme est très long. Ceci est dit aussi dans le document 3 où on explique qu un tireur d expérience ne pouvait pas dépasser 4 coups par minute et qu un tireur peu expérimenté ne dépassait pas 1 coup par minute. Pour ne pas laisser la ligne sans défense et pour créer un tir continu, il fallait donc que des rangs tirent pendant que d autres rechargeait

6 Exercice n 2 : L éthanol, liquide incolore, de formule C 2H 6O brûle dans le dioxygène O 2 pur. Il se forme du dioxyde de carbone CO 2(g) et de l eau H 2O (g). On fait réagir m = 2 ml d éthanol et un volume V 2 = 1,5 L de dioxygène. La réaction qui a lieu a pour équation : C2H6O(l) +3 O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g) Données : masse volumique de l éthanol : 0,79 g/ml volume molaire dans les conditions de l expérience : 25 L.mol Calculer les quantités de matière au début de l expérience : Pour l éthanol : A partir du volume et de la masse volumique, on trouve la masse d éthanol : m 1 = ρ V 1 = 0,79 2 1,58 g. On en déduit le nombre de moles d éthanol : n 1 = = 0,034 mol Avec M 1 = 2M(C) + 6M(H) + M(O) = = 46 g/mol Pour le dioxygène : n 2 = = 0,06 mol 2. Compléter le tableau d avancement de cette réaction : Equation de la réaction : C2H6O(l) + 3 O2(g) 2CO2(g) + 3H2O(g) Etat du système Avancement (mol) Quantité de matière (mol) Début 0 0,034 0, En cours x 0,034 - x 0,06-3x 2x 3x Fin xmax 0,034 - x max 0,06-3x max 2 x max 3 x max 3. Reste-t-il de l éthanol lorsque la réaction est terminée? si C2H6O(l) était limitant la réaction s arrêterait pour 0,034 - x max = 0 c'est-à-dire pour x max = 0,034 mol. x max = 0,034 mol. si O2(g) était limitant la réaction s arrêterait pour 0,06-3x max = 0 c'est-à-dire pour x max = 0,06/3 =0,002 mol. x max = 0,02 mol. L éthanol n étant pas limitant, il en restera à la fin. On choisit le plus petit des deux, soit x max = 0,02 mol. Le réactif limitant est donc O 2(s).

7 Exercice n 3 : On veut fabriquer V = 50 ml d une solution S de sulfate de fer II de concentration c = 5, mol/l. 1. Quelle masse de sulfate de fer II heptahydraté (FeSO 4,7H 2O) faut-il peser pour fabriquer cette solution? Quantité de matière contenue dans ces 50 ml de solution : c = n = c V = 0, = 0,025 mol. Masse de soluté (sulfate de fer II heptahydraté) correspondante : M = M(Fe) + M(S) + 4M(O) + 7 (2M(H)+ M(O)) M = 55,8 + 32, ( ) = 277,9 g.mol -1. m 1 = n 1 M = 0, ,9 6,95 g. 2. Quel volume de la solution S faut-il prélever pour fabriquer 200 ml de solution S de concentration c = 2, mol/l? Précisez la verrerie utilisée. Solution mère S 1 : Solution fille S 2 : concentration : c = 0,5 mol.l -1. volume prélevé : v? concentration : c = 2, mol.l -1. volume de la solution finale : v = 200 ml. Lors d une dilution, le nombre de moles de soluté est conservé : cv= c v v = = = L = 10 ml. On utilise une pipette jaugée de 10 ml pour prélever la solution mère et on l introduit dans une fiole jaugée de 200 ml pour préparer la solution fille.