Niveau : Durée Prérequis : Objectifs : Notion stoechiométrie d une réaction chimique 1h Réaction précipitation entre le sulfate cuivre et la solution sou Calcul s nombres moles à partir d une concentration et du voluma d une solution (Au cas où les élèves ne sauraient pas encore trouver le nombre moles à partir la concentration et du volume la solution, le professeur le fera lui-même) Montrer qu au cours d une réaction chimique, les réactifs réagissent dans s proportions bien déterminées (c est à dire les proportions stoechiométriques) Métho : matériels : par groupes : 2 béchers 100 ml 1 entonnoir + support + papier filtre 1 pipette 5 ml tubes à essai et support Produits Mots clés : Déroulement: Un flacon 100 ml contenant la solution sou (dans la cas où le produit est insuffisant, on peut employer un seul flacon pour toute la classe) concentration c = 4. 10-1 mol.l -1 1L solution sulfate cuivre concentration c = 10-1 mol.l -1. (Pour la préparation, ne pas oublier que le sulfate cuivre soli est hydraté avec 5 molécules d eau CuSO 4, 5H 2 O) Stoechiométrie, précipité, filtrat, proportions stoechiométriques, conditions stoechiométriques, excès, défaut Activités du professeur Le professeur met les élèves en groupes (il faut au moins 8 groupes d élèves pour réaliser cette expérience) Le professeur donne les matériels et les produits nécessaire pour l expérience. Le professeur man : à tous les groupes prendre 50 ml solution sou dans la solution sulfate cuivre au 1er groupe : verser 5 ml solution sou dans la solution sulfate cuivre au 2ème groupe : verser 10 ml la solution sou dans la solution sulfate cuivre au groupe n n verser 5 n ml la solution sou dans la solution Activités s élèves les élèves se mettent en groupe solution sou solution sulfate cuivre - 81 -
Le professeur man à chaque groupe d apporter son bécher au bureau près du numéro correspondant au numéro du groupe Le professeur man aux élèves d observer le résultat chaque groupe Le professeur man aux élèves quelle est la réaction correspondante Le professeur man aux élèves filtrer le produit obtenu La quantité précipité augmente du premier au nieme groupe Cu 2+ + OH Cu(OH) 2 Chaque groupe reprend son bécher et retourne à sa place pour faire la filtration mélange filtrat Le professeur man aux élèves d apporter le filtrat au bureau pour comparer. Etu du filtrat : Le professeur man aux élèves partager leur filtrat en ux tubes A et B : Verser dans le tube A 5mL sou (avec une seringue rincée à l eau distillée) et dans le tube B 1mL solution sulfate cuivre(ii). Apporter les ux tubes au bureau et placer les tubes A d un coté et les tubes B l autre coté en respectant les numéros successifs La couleur du filtrat vient plus en plus pâle et disparaît à partir du groupe numéro 5. 1 2 3 4 5 1 2 3 4-82 -
Que voyez-vous dans les tubes A? Que voyez-vous dans les tubes B? Pourquoi apparaît-il un précipité dans les tubes A jusqu à 4 quand on ajoute la sou? Pourquoi n y a-t-il pas précipité dans les tubes A à partir du numéro 5 Pourquoi n y a-t-il pas précipité dans les tubes B du numéro 1 jusqu à 5 quand on ajoute du sulfate cuivre? Pourquoi apparaît-il un précipité dans les tubes B du numéro 6 au numéro n quand on ajoute la solution sulfate cuivre Le professeur présente le tableau Il y a s précipités dans les tubes A 1 jusquà 4 et à partir 5, il ny a pas précipité et la quantité précipité diminue 1 à 4. Les précipités apparaissent à partir du tube numéro 6 et la quantité précipité augmente Il reste encore s ions Cu 2+ dans le filtrat. Il ne reste plus d ions Cu 2+ dans le filtrat Il ne reste plus d ions OH - dans le filtrat Il reste encore s ions OH - dans le filtrat Les élèves font le tableau dans leur Milieu réactionnel Group e volume solution sulfate cuivreii volume solution sou en ml 1 50 5 2 50 10 3 50 15 Quantité précipité aspect du filtrat coloration bleu d intensité décroissante Tubes A + sou Tubes B + Sulfate cuivre II Conclusion sur le milieu réactionnel Excés d ions Cu 2+ 4 50 20 5 50 25 conditions stoechiométriqu es 6 50 30 7 50 35 8 50 40 i n c o l o r - 83 - Excés d ions OH -
Conclusion : tous les réactifs utilisés par le groupe 5 ont été consommés: il n en reste aucun. On se trouve dans les proportions stoechiométriques Le professeur man à chaque groupe nettoyer et ranger le matériel - 84 -
Notion quantitative stoechiométrie d une réaction Activités du professeur En prenant les données dans les conditions stoechiométriques l expérience ci ssus: (Cu 2+, SO 2-4 ) c = 10-1 mol.l -1, v = 50mL (Na +, OH - ) c = 0,4 mol.l -1, v = 25mL Calculez le nombre mole d ions cuivre (II) présents n Cu2+ Calculez le nombre mole d ions hydroxy versés n OH- Comparez le nombre mole d ions Cu 2+ et celui s ions hydroxy OH versés Ecrivez l équation biman la réaction entre les ions cuivre(ii) et les ions hydroxy. Pouquoi dans les conditions où n OH- = 2n Cu2+, tous les réactifs sont-ils consommés? Le professeur tire la conclusion: Dans ce cas, on dit qu on est dans les conditions stoechiométriques Activités s élèves n Cu2+ = c v n -3-3 Cu2+ = 10-1 50.10-3 = 510-3 mol n OH versés = c v n OH versés = 0;4 25.10-3 =10-2 mol n Cu2+ =n OH versés Cu 2+ + OH Cu(OH) 2 Ce sont les proportions indiquées par l équation bilan la réaction chimique Envisageons ux cas où nous ne sommes pas dans les conditions stoechiométriques Cas du bécher numéro 1 Calculez le nombre mole d ions cuivre (II) dans le filtrat du bécher numéro 1 c CuSO4 = 10-1 mol.l -1, v CuSO4 = 50mL c NaOH = 0,4 mol.l -1, v NaOH = 5mL Quand vous versez la solution sou dans le tube A du numéro 1, que se passet-il? n OH versés = c NaOH v NaOH n OH versés = 0,4 5.10-3 = 2.10-3 c CuSO4 v CuSO4 n Cu2+ initial =10-1 50.10-3 = 5.10-3 mol D après l équation bilan la réaction : n OH réagi = 2n Cu2+ réagi n Cu2+ réagi = n OH réagi /2 n Cu2+ réagi =2.10-3 /2 = 10-3 mol Le nombre mole d ions Cu 2+ restant dans le filtrat est 5.10-3 10-3 = 4.10-3 mol. Les ions OH réagissent avec les ions Cu 2+ restant pour former un précipité bleu d hydroxy cuivre(ii) Cu(OH) 2-85 -
Cas du bécher numéro 6 Calculez le nombre mole d ions hydroxy OH dans le bécher numéro 6 c CuSO4 = 10-1 mol.l -1, v CuSO4 = 50mL c NaOH = 0,4 mol.l -1, v NaOH = 30mL Quand vous versez la solution sulfate cuivre(ii) dans le tube B du numéro 6, que se passe-t-il? Le professeur peut vérifier pour les autres béchers ou manr aux élèves vérifier comme exercice d application n OH versés = c NaOH v NaOH n OH versés = 0,4 30.10-3 n OH versés = 12.10-3 mol D après l équation bilan la réaction : n OH réagi = 2n Cu2+ réagi n OH réagi =2 5.10-3 = 10.10-3 mol Le nombre mole d ions hydroxy OH - restant dans le bécher numéro 6 est 12.10-3 10.10-3 = 2.10-3 mol. Les ions cuivre(ii) Cu2+ réagissent avec les ions hydroxy OH- restant dans le tube pour former un précipité bleu d hydroxy cuivre(ii) Cu(OH) 2-86 -
EXERCICES 1 On verse une solution sulfate cuivre(ii) dans un bécher contenant 20 ml solution sou concentration 2 mol.l -1. Calculer le volume la solution sulfate cuivre versée pour qu on ait les conditions stoechiométriques sachant que la concentration la solution sulfate cuivre est 10-1 moll -1 Le professeur man à un élève d aller corriger l exercice au tableau. Dans le cas où l élève ne pourrait pas trouver la solution, le professeur l airait en lui mandant calculer d abord le nombre moles d ions hydroxys présents dans la solution sou, d écrire la réaction entre les ions cuivre(ii) et les ions hydroxy, d en déduire une relations entre les quantités matière d ions Cu 2+ et d ions OH qui réagissent, enfin calculer le volume la solution sulfate cuivre à verser. 2 On veut brûler 2,28 g d octane formule C 8 H 18 dans le dioxygène l air. Calculer le volume d air nécessaire à la combustion complète l octane. REPONSES 1 L équation bilan la réaction : Cu 2+ + OH Cu(OH) 2 nombre mole d ion hydroxy OH dans la solution sou : n OH = c NaOH v NaOH n OH = 2 20.10-3 n OH versés = 4.10-2 mol nombre mole d ion Cu 2+ à verser : n Cu2+ D après l équation bilan la réaction n Cu2+ réagi = ½n OH réagi n Cu2+ =4.10-2 / 2 = 2.10-2 mol dissolution du sulfate cuivre : CuSO 4 disout Cu 2+ aq + SO 4 2 aq 1mol 1 mol 1 mol n CuSO4 dissout = n Cu2+ = 2. 10-2 mol volume la solution sulfate cuivre à verser : c CuSO4 = n CuSO4 dissout / v CuSO4 v CuSO4 = n CuSO4 dissout / c CuSO4 v CuSO4 = 2.10-2 /10-1 = 2.10-1 L v CuSO4 = 200 ml 2 volume d air : 28 L - 87 -