Observer-Avancement                             AVANCEMENT D’UNE REACTION : Pour aller plus loin…

 

 

EXERCICE N°1

 

L’éthanol, liquide incolore, de formule C2H6O brûle dans le dioxygène pur. Il se forme du dioxyde de carbone et de l’eau. On a fait réagir m= 2,50 g d’éthanol et 6,3.10-2 mol  de dioxygène.

1. Ecrire l’équation de la réaction et ajuster les coefficients si nécessaire.

2. Déterminer la quantité de matière d’éthanol présent à l’état initial.

3. Déterminer l’avancement maximal de la réaction

4. Quel est le réactif limitant ?

5. Déterminer les quantités de matières des espèces présentes à l’état final.

 

 

EXERCICE N°2

 

L’addition de quelques gouttes d’une solution aqueuse d’hydroxyde de calcium (contenant les ions hydroxyde OH- et les ions  calcium  Ca2+ ) à une solution aqueuse de sulfate de fer (contenant les ions Fe3+ et les ions sulfate SO42– ) fait apparaître un précipité rouille d’hydroxyde de fer Fe(OH)3 .

L’équation de cette transformation s’écrit :      3 OH-        +     Fe3+        à          Fe(OH)3

 

Partie n°1 : Nous utilisons 20 mL  de solution de sulfate de fer de concentration 0,12 mol.L-1 et 1.10-3 mol solution d’hydroxyde de calcium

1. Déterminer la quantité de matière initiale d’ions fer

   2. A l’aide d’un tableau d’avancement déterminez :

    a. Le réactif limitant.    

    b. L’avancement maximum de la  réaction.

    c. La masse d’hydroxyde de fer formé

3. Que sont devenus les ions sulfates et les ions calcium ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Partie n°2 On réalise de nouveau cette expérience à partir de 1.10-3 mol solution d’hydroxyde de calcium (contenant l’ion hydroxyde  OH-)

En utilisant un nouveau tableau d’avancement que vous ferez sur votre feuille déterminer la quantité de matière  n  d’ions fer ainsi que le volume nécessaire pour être dans les conditions stœchiométriques  (la concentration est toujours de  0,12 mol.L-1 )  Détailler bien votre démarche !

 

 

EXERCICE N°3

 

Le bronze des cloches, est un alliage cuivre-étain dont la composition en étain lui donne cette sonorité si recherchée. On se propose de déterminer expérimentalement  la composition massique en étain de l’alliage.

Un échantillon de bronze de cloche de masse m = 2,700 g est traité par un excès d’acide chlorhydrique (H3O++Cl-(aq)), on observe un dégagement de dihydrogène de volume V = 120,0 mL.

Seul l’étain est attaqué .  Sn (s)   +   2H3O+        à      Sn 2+ (aq)  +   H2 (g)   +  2 H2O

1. Quelle est la quantité de matière de dihydrogène formé ? (à la température de 20°C)?

Carré corné: Pour déterminer la quantité de matière d’un gaz on utilise la relation
         n=(volume de gaz)/(volume molaire) 
2. Dresser un tableau d’avancement.

3. Quel est le réactif limitant ?

4. Déterminer l’avancement maximal

5. .En déduire  la masse d’étain présent dans l’échantillon ?

6. Déterminer le pourcentage massique en étain contenu dans l’échantillon

7. Quelle masse métallique reste t-il en fin d’expérience, quelle est sa nature ?

 

Données :        Vmolaire= 24,0 L.mol-1  à 20°C      

                       

 

 

 

 

 

exo n°1

1. C2H6O + 3O2     ®    2CO2     +  3H2O

Quantité initiale d’éthanol :

m= 2,50 g

M(C2H6O) = 46 g/mol

n= m /M = 2,50/46 soit n(C2H6O) = 0,054 mol

 

 

 

 

                C2H6O     +             3O2                  ®             2CO2               +          3H2O

Etat initial

x= 0

0,054

0,063

0

0

Etat intermédiaire

x

0,054 -x

0,063 -3x

2x

3x

Etat final

xmax= 0,021 mol

 

0,054 - xmax= 0,033

0,063 - 3xmax=0

2xmax=0,042

3xmax=0,063

 

Si c’est l’éthanol qui est le réactif limitant alors 0,054 - xmax= 0 soit xmax = 0,054 mol

Si c’est le dioxygène le réactif limitant alors 0,063 - 3xmax= 0 soit xmax = 0,021 mol

C’est donc le dioxygène le réactif limitant et l’avancement maximal est xmax = 0,021 mol

 

A l’état final il ne reste plus de dioxygène, il reste 0,033 mol d’éthanol, il s’est formé 0,042 mol de dioxyde de carbone et 0,063 mol d’eau.

 

exo n°2

1. n = c × V

n (Fe3+ ) = 0,12 × 20.10-3 = 2,4.10-3 mol

2. a. Si c’est la solution aqueuse de soude qui est le réactif limitant alors

1.10-3 -3 xmax = 0 soit xmax = 3,3.10-4 mol

Si c’est la solution de sulfate de fer le réactif limitant alors

2,4.10-3- xmax = 0 soit xmax = 2,4.10-3 mol

Equation de la réaction

  3 OH-                +                 Fe3+         à          Fe(OH)3

   

 

Quantité des espèces à l’état initial

1.10-3

2,4.10-3

0

Quantité des espèces à l’état en cours de transformation

1.10-3-3x

2,4.10-3 -x

x

Quantité des espèces à l’état final

0

2,07.10-3

3,3.10-4

C’est donc la solution de soude qui est le réactif limitant car on constate que cela correspond à l’avancement le plus petit.

 Dans ce cas l’avancement maximale est donc de 3,3.10-4 mol

Les ions sulfate et les ions sodium ne participent pas à la réaction. Ce sont des ions spectateurs

 n (Fe(OH)3) = 3,3.10-4 mol et M (Fe(OH)3) = M(Fe) + 3 M(O) + 3 M (H) = 56 + 48 + 3 =107 g.mol-1

m = n × M = 3,3.10-4 × 107 soit m (Fe(OH)3) = 35 mg

3. On veut que les ions hydroxyde soient entièrement consommés . Pour cela il faut être au minimum dans les conditions stœchiométriques (les deux réactifs sont donc limitant)

1.10-3-3 xmax = 0

soit xmax = 3,3.10-4  mol

et n-xmax =0 soit n= xmax = 3,3.10-4  mol

c = n / V soit V = n / c = 3,3.10-4 / 0,12

soit V = 2,8 mL

Equation de la réaction

    3 OH-                +                 Fe3+         à          Fe(OH)3

        

Quantité des espèces à l’état initial

1.10-3

n

0

Quantité des espèces à l’état en cours de transformation

1.10-3-3x

n-x

x

Quantité des espèces à l’état final

1.10-3-3xmax = 0

n-xmax =0

xmax

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Exo n°3

 

1. n (H2) = V (H2) / Vm = 0,120 / 24,0 soit n (H2) = 5,00.10-3 mol

 

2.                                   Equation de la réaction

Sn(s)

2H3O+

   Sn2+(aq)                  

   H2(g)

Etat du système

Avancement

( mol )

Quantité de matière

Quantité des espèces à l’état initial ( mol )

0

n

excès

0

0

Quantité des espèces à l’état en cours de transformation (mol

x

n –x

 

x

x

Quantité des espèces à l’état final ( mol )

xmax

0

 

 

5,00.10-3

 

3. D’après le texte l’échantillon de bronze de cloche est traité par un excès d’acide chlorhydrique. Donc l’étain est le réactif limitant.

 

4. D’après le tableau, on en déduit xmax = 5,00.10-3 mol

 

5. D’après le tableau n – xmax = 0 donc n = xmax  soit n (Sn ) = 5,00.10-3 mol

m( Sn ) = n(Sn)× M(Sn) = 5,00.10-3× 118,7 donc la masse d’étain présente dans cet

échantillon est m(Sn) = 5,94.10-1g

 

6.  ×100 = ×100 donc le pourcentage massique en étain contenu dans l’échantillon est de 22%

 

7. En fin d’expérience, il reste le cuivre qui n’a pas réagit avec l’acide chlorhydrique

 soit m(Cu)=2,70 - 5,94.10-1 soit m(Cu)= 2,11 g