C20 : Proportions stoechiométriques d'une réaction chimique
But de la manipulation :
Ø Observer une transformation chimique ;
Ø Déterminer expérimentalement les proportions stoechiométrique d’une réaction chimique.
Manipulation :
L’hydrogénocarbonate de sodium NaHCO3 est solide à température ambiante et se présente sous forme de poudre blanche. Lorsqu’on y ajoute une solution d’acide chlorhydrique (H++ Cl-), on observe la réaction suivante : NaHCO3 + H+ ® Na+ + H2O + CO2.
On souhaite déterminer expérimentalement la quantité minimale de NaHCO3 à utiliser pour faire réagir tous les ions H+ contenus dans 10 mL de la solution acide.
Ø Mesurer avec précision, à l’aide d’une éprouvette graduée, un volume V=10,0 mL d’acide chlorhydrique.
Ø Introduire dans un ballon de baudruche, la masse d’hydrogénocarbonate correspondant à votre groupe.
N° Groupe |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Masse NaHCO3 |
0,30 |
0,60 |
0,80 |
0,90 |
1,00 |
1,20 |
1,40 |
1,6 |
Ø Recouvrir l’extrémité de l’éprouvette graduée avec le ballon (ne pas y faire tomber la poudre).
Ø Bien maintenir l’extrémité du ballon sur l’éprouvette puis faire tomber la poudre dans l’acide en relevant le ballon à la verticale.
Questions :
Ø Indiquer la nature du gaz qui se dégage.
Ø Compléter le tableau ci-dessous (ligne 2 et 3).
Ø Comparer le volume de votre ballon aux autres groupes (compléter la ligne 4).
N° Groupe |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Contenu de l’éprouvette |
||||||||
Réactif limitant
|
||||||||
Volume du ballon (les classer par ordre croissant) |
||||||||
Encadrement du pH |
Ø Mesurer le pH de la solution contenue dans l’éprouvette puis le pH de quelques gouttes de la solution d’acide chlorhydrique contenue dans le flacon. Conclusion : est-ce en accord avec le tableau précédent ?
Ø Quel groupe a introduit ces réactifs dans des proportions stoechiométrique (à 0,1g près par défaut) ?
Ø Compléter le tableau d’avancement ci-dessous relatif à ce groupe
Ø En déduire la quantité (en mol) d’ions H+ initialement présente dans l’éprouvette.
Avancement |
NaHCO3 + H+ ® Na+ + H2O + CO2 |
|||||
Etat initial |
||||||
En cours |
||||||
Etat final |
Ø Dresser à nouveau un tableau d’avancement pour le groupe 2.
Ø En déduire la quantité de dioxyde de carbone dégagée par la réaction. Sachant q‘une mole de ce gaz occuperait un volume VM=24L.mol-1, en déduire le volume de CO2 produit par la réaction
Données : masse molaire en g.mol-1 M(Na)=23 ; M(H)=1 ; M(C)=12 ; M(O)=16
Résultats obtenus
La stoechiométrie est obtenue pour le groupe 4 (à 0,1 g près par défaut).
N° Groupe |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
Contenue de l’éprouvette |
Liquide incolore |
Liquide incolore |
Liquide incolore |
Liquide incolore |
Liquide + poudre |
Liquide + poudre |
Liquide + poudre |
Liquide + poudre |
Réactif limitant
|
NaHCO3 |
NaHCO3 |
NaHCO3 |
H+ |
H+ |
H+ |
H+ |
H+ |
Volume du ballon (les classer par ordre croissant) |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 (identique) |
M(NaHCO3)=84g.mol-1
Groupe 4 : nNaHCO3=0,9/84=1,07.10-2 mol
Avancement |
NaHCO3 + H+ ® Na+ + H2O + CO2 |
|||||
Etat initial |
x=0 |
1,07.10-2mol |
nH+ |
0 |
solvant |
nair |
En cours |
x |
1,07.10-2-x |
nH+-x |
x |
solvant |
nair+x |
Etat final |
xmax=1,07.10-2 |
0 |
0 |
xmax |
Solvant |
nair+ xmax |
NaHCO3 est limitant donc 1,07.10-2 -xmax=0 d’où xmax=1,07.10-2 mol
Pour ce groupe, on est dans des proportions stoechiométrique, on a donc H+ qui est aussi limitant :
nH+-xmax=0 donc nH+=1,07.10-2 mol. ([H+]=nH+/V=1,07.10-2/10-2=1,07 mol/L erreur de 7 %)
Groupe 2 : nNaHCO3=0,6/84=7,14.10-3 mol
Avancement |
NaHCO3 + H+ ® N a+ + H2O + CO2 |
|||||
Etat initial |
x=0 |
7,14.10-3mol |
1,07.10-2 mol |
0 |
solvant |
nair |
En cours |
x |
7,14.10-3-x |
1,07.10-2-x |
x |
Solvant |
nair+x |
Etat final |
xmax=7,14.10-3 |
0 |
1,07.10-2-7,14.10-3 =3,55.10-3 mol |
7,14.10-3 |
Solvant |
nair+ 7,14.10-3 |
Quantité de CO2 produite : nCO2=7,14.10-3mol.
Volume occupé : V=VM.nCO2=7,14.10-3.24=170 mL
MATERIEL
Elèves :
1 éprouvette de 10 mL
Flacon d’acide chlorhydrique à 1 mol/L
Un ballon de baudruche
Papier pH (0 à 14)
un agitateur en verre
Au bureau :
8 petits ballons de baudruche (pour le 2ème groupe, les ballons doivent être secs)
Hydrogénocarbonate de sodium solide NaHCO3
Sur les 4 premiers postes :
Une balances à 0,01 g près avec une coupelle en porcelaine et une spatule sur chaque poste
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