Chapitre 16, TP 2 : «Etude d une transformation chimique»

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1 Chapitre 16, TP 2 : «Etude d une transformation chimique» Objectifs : Décrire un système chimique et son évolution. Identifier un réactif limitant. Ecrire l équation-bilan de réaction. Document 1 : Présentation du bicarbonate de sodium (ou de soude) Le bicarbonate de sodium appelé également hydrogénocarbonate de sodium ou bicarbonate de soude se présente sous la forme d une poudre blanche. Sa formule chimique est : NaHCO 3 Il est biodégradable, non toxique pour l environnement et l organisme. Peu de boissons contiennent du bicarbonate hors mis les eaux gazeuses comme St-Yorre, Badoit... En revanche il est vendu en grandes surfaces. Il adoucit l eau des bains, calme la fatigue et détend les muscles. Conseillé pour les sportifs puisqu il favorise la récupération. Document 2 : L hydrogénocarbonate de sodium pour «plus de vitesse» Les athlètes professionnels le savent depuis longtemps, mais les scientifiques viennent tout juste de le prouver : ce bon vieux produit peut accroître les performances sportives! Ses effets sur l'endurance et sur la vitesse ont été validés après une étude réalisée par des chercheurs de l'université Loughborough (Angleterre). Celle-ci vient a montré que sur 9 nageurs qui avaient pris de l hydrogénocarbonate de sodium avant une compétition sportive, 8 ont réduit leur temps de nage. récupération est plus rapide. Lors d un exercice anaérobique intense, les muscles produisent de l acide lactique, qui libère des ions H + (ions acides) dans le sang. Le ph du sang diminue. L hydrogénocarbonate de sodium est une base et en réagissant avec les ions H +, elle rééquilibre le ph du sang. Cela permet donc aux muscles de fatiguer moins rapidement. La Ce n'est cependant pas une substance miraculeuse : cela permet de gagner quelques secondes et seuls les athlètes de haut niveau, dans des épreuves rapides, sentiront véritablement la différence. Document 3 : Mode d emploi de l hydrogénocarbonate de sodium Absorber la dose en buvant une solution d eau bicarbonatée avant l effort, progressivement et sur une durée de 1 à 2 h avant l effort. Dosage : 0,3 g/kg de masse corporelle et par jour Mise en garde : l absorption de quantités de bicarbonate trop importantes sur des durées trop courtes peut entraîner des nausées et des vomissements. Problématique : On souhaite étudier la réaction, qui se produit dans l organisme, entre l hydrogénocarbonate et les ions hydrogène H + responsables de l acidité. 1

2 I. Equation de la réaction On envisage, comme dans le doc.2, la réaction entre l hydrogénocarbonate de sodium de formule NaHCO 3, avec les ions H + apportés par une solution d acide chlorhydrique (H +, Cl - ). Les ions chlorure Cl sont spectateurs. L équation de la réaction est la suivante : NaHCO 3 (s) + H + (aq) H 2 O (l) + CO 2 (g) + Na + (aq) 1. Quels sont les noms des espèces formées? 2. Comment mettre en évidence, expérimentalement, le gaz formé? (voir TP précédent éventuellement) Appel : Appeler le professeur pour qu'il contrôle vos réponses II. Protocole de réaction 3. A partir du matériel disponible sur votre table ou au bureau, proposer un protocole (sans mesures précises pour le moment), permettant : de faire réagir des quantités connues d acide chlorhydrique et d hydrogénocarbonate de sodium ; de montrer que le ph de la solution évolue au cours de la réaction ; de recueillir puis d identifier le gaz formé (CO 2 ) ; Vous rédigerez votre protocole en l accompagnant d un schéma légendé du montage. Aide : le BBT est un indicateur de présence des ions H + : en présence d ions H +, le BBT prend une teinte jaune sinon il reste bleu. Appel n 1 : Appeler le professeur pour qu'il évalue votre protocole (A) : Complet, sans aide (B) : Complet, avec un peu d aide (C) : Incomplet, beaucoup d aide (D) : A échoué 2

3 III. Réalisation de l expérience On pèse précisément une masse m = 0,20 g d hydrogénocarbonate de sodium, que l on verse dans un erlenmeyer. On met en place le dispositif suivant (l éprouvette de 100 ml est totalement remplie d eau et retournée dans le cristallisoir). On s aidera de la seringue pour aspirer l éventuel air restant. Dans un bécher, on prélève à l aide de l éprouvette graduée 25 ml, un volume V 1 = 15,0 ml de solution d acide chlorhydrique de concentration C = 0,1 mol.l -1. On ajoute 5-6 gouttes de BBT. On ouvre rapidement le bouchon de l erlenmeyer, on verse la solution acide et on referme aussitôt le bouchon. Observation en continu de la manipulation (A) : Réussi, sans aide (B) : Réussi, avec un peu d aide (C) : Incomplet, beaucoup d aide (D) : A échoué 4. Notez vos observations dans le tableau suivant : Couleur initiale du milieu réactionnel Couleur finale du milieu réactionnel Volume de gaz formé Reste-t-il du solide à l état final? (bien observer) Expérience n 1 : V 1 = 15 ml Expérience n 2 : V 2 = 40 ml Rincer le matériel, puis recommencer l expérience pour un volume V 2 = 40 ml de solution acide et finir de compléter le tableau ci-dessus. 5. Identifier le gaz formé par un test approprié : Appel n 2 : Appeler le professeur pour qu'il vérifie vos résultats expérimentaux (A) : Réussi, sans aide (B) : A reçu un peu d aide (C) : A reçu beaucoup d aide (D) : A échoué 3

4 IV. Interprétation des expériences L état initial de la transformation correspond à la mise en contact de l hydrogénocarbonate de sodium avec l acide chlorhydrique (sa durée est brève). L état final de la transformation chimique est atteint lorsque la transformation cesse (il n y a plus de dégagement gazeux). 6. (*) Calculer la masse molaire de l hydrogénocarbonate de sodium. Données : M(C) = 12,0 g.mol -1 ; M(H) = 1,0 g.mol -1 ; M(O) = 16,0 g.mol -1 ; M(Na) = 23,0 g.mol (**) En déduire la quantité de matière en hydrogénocarbonate de sodium, dans chaque transformation. 8. (*) Calculer ensuite la quantité de matière en acide chlorhydrique intervenant dans chaque transformation. (C est la même!). Compléter les tableaux ci-dessous, en indiquant dans la case correspondante la quantité de matière calculée. On peut calculer la quantité de matière en dioxyde de carbone formé en s aidant du volume molaire V m qui est le volume occupé par une mole de composé gazeux. Dans les conditions de l expérience, il vaut 24 L/mol ce qui signifie qu une mole de gaz occupe un volume de 24 L. 9. (**) Calculer, pour chaque expérience, la quantité de matière de gaz formé. L indiquer dans la case correspondante du tableau. 10. (*) Compléter les autres cases non grisées du tableau en expliquant votre démarche à l oral. Expérience 1 : Etat initial (mol) Etat final (mol) NaHCO 3 + H + H 2 O (l) + CO 2 (g) + Na + (aq) Expérience 2 : Etat initial (mol) Etat final (mol) NaHCO 3 + H + H 2 O (l) + CO 2 (g) + Na + (aq) 4

5 V. Conclusion 11. (*) De quoi dépend l arrêt d une transformation chimique? 12. (*) Déterminer, dans chaque cas, le réactif limitant, c est-à-dire celui qui est totalement consommé à la fin de la transformation. Appel n 4 : Appeler le professeur pour qu'il évalue vos réponses (A) : 9 ou 8 étoiles (B) : 7 ou 6 étoiles (C) : 5 ou 4 étoiles (D) : 3 étoiles ou moins Pour approfondir A l aide des documents (page 1) et de vos résultats, répondre aux questions suivantes : - (*) A-t-on vérifié expérimentalement les effets de l hydrogénocarbonate de sodium sur le ph d une solution? - (*) Pourquoi l absorption doit-elle se faire 1h à 2h avant effort? - (*) Evaluer la dose d hydrogénocarbonate de sodium à ne pas dépasser en 2 journées de compétition pour un athlète de 70 kg. 5