Ex I

Dans un bécher 1, on introduit un volume V1 = 30,0 mL de solution de chlorure de calcium,

Ca2+(aq)+2Cl-(aq), de concentration C1 = 0,15 mol.L-1 en ions calcium et C’1 = 0,30 mol.L-1 en ions chlorure.

Dans un bécher 2, on introduit un volume V2 = 20,0 mL de solution de phosphate de sodium 3Na+(aq)+PO43-(aq), de concentration C2 = 0,10 mol.L-1 en ions phosphate et C’2 = 0,30 mol.L-1 en ions sodium.

On mélange dans un bécher 3 le contenu des deux béchers 1 et 2 et on observe l’apparition d’un précipité blanc de phosphate de calcium.

1)a) Déterminer les quantités d’ions calcium et chlorure présents dans le bécher 1.

b) Quelle relation existe-t-il entre C1 et C’1 ? Comment peut-on l’expliquer ?

2) Déterminer les quantités d’ions sodium et phosphate présents dans le bécher 2.

3) Décrire l’état du système chimique contenu dans le bécher 3 avant la transformation chimique.

4)a) Sachant que le phosphate de calcium est constitué d’ions calcium et phosphate, établir la formule du précipité de phosphate de calcium.

b) Ecrire l’équation chimique de la réaction qui modélise cette transformation.

5) A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer l’avancement final et le réactif limitant.

6) a) Décrire l’état final du système présent dans le bécher 3.

b) Quelles sont les concentrations des différents ions présents dans la solution ?

 

Ex II

Dans un tube à essai, on introduit 0,60g d’aluminium en poudre et 6,0 mL de solution d’acide chlorhydrique, H+(aq) + Cl-(aq), de concentration 1,0 mol.L-1 en ions H+. On observe un dégagement gazeux qui produit une légère détonation à l’approche d’une flamme.

Après quelques minutes, on filtre le mélange et on ajoute quelques gouttes de solution de soude au filtrat, on observe l’apparition d’un précipité blanc.

1) Quelle est la nature du gaz émis ?

2) Quel est l’ion mis en évidence par l’apparition du précipité ?

3)a) Quelles sont les espèces affectées par la transformation ?

b) Ecrire l’équation de la réaction chimique modélisant la transformation.

4)a) Quelles verreries a-t-on utilisé pour mesurer le volume de solution d’acide chlorhydrique ?

b) Calculer les quantités de réactifs mis en jeu.

5)a) A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer l’avancement final et le réactif limitant.

b) En déduire la quantité puis le volume de gaz dégagé.

Vm = 25 L.mol-1

 

Ex III

 Lors de la synthèse de l’aspirine au laboratoire, on utilise 3,3g d’acide salicylique solide C7H6O3 et 7,0 mL d’anhydride acétique C4H6O3 liquide.

1) Calculer les quantités de ces deux réactifs dans l’état initial.

2) L’équation de la réaction s’écrit :

C7H6O3(s) + C4H6O3(l) àC9H8O4(s) + C2H4O2(l)

A l’aide d’un tableau d’avancement, établir un bilan de matière.

3) Déterminer les masses des espèces présentes dans l’état final.

4) Quelle masse d’acide salicylique aurait-il fallu utiliser pour que le mélange initial soit stoechiométrique ?

Masse volumique de l’anhydre acétique : µ = 1,08 g.L-1 .

I) 1) a) Déterminons les quantités d’ions présents dans le bécher 1.

C = n / V donc n = C.V

Pour Ca2+ : n(Ca2+) = 0,15 × 30.10-3 = 4,5.10-3 mol

Pour Cl- : n(Cl-) = 0,30 × 30.10-3 = 9.10-3 mol

 

b) L’ion calcium porte une charge 2+ tandis que l’ion chlorure porte une charge 1-.

On a donc : C’1 = 2 C1 ; la solution est électriquement neutre il faut donc deux fois plus d’ions chlorure que d’ions calcium.

 

2) Déterminons les quantités d’ions présents dans le bécher 2.

Pour Na+ : n(Na+) = 0,3 × 20.10-3 = 6.10-3 mol

Pour PO43- : n(PO43-) = 0,1 × 20.10-3 = 2.10-3 mol

 

3) Avant la transformation chimique on a un volume de solution de 50 mL et :

Ca2+

Cl-

Na+

PO43-

4,5.10-3 mol

9.10-3 mol

6.10-3 mol

2.10-3 mol

 

4)a)Le précipité est électriquement neutre : il faut donc 3 ions calcium pour 2 ions phosphate.

Formule : Ca3(PO4)2

b)

       3Ca2+ + 2 PO43- à Ca3(PO4)2

 

5)Tableau d’avancement de la transformation :

 

 

           3Ca2+           +           2 PO43-         à                    Ca3(PO4)2

Etat initial

x = 0 mol

4,5.10-3

2.10-3

0

En cours de transformation

x

4,5.10-3 – 3x

2.10-3 – 2 x

x

Etat final

xmax =10-3 mol

1,5.10-3

0

10-3

 

Recherche de l’avancement maximal xmax et du réactif limitant :

 

Si Ca2+ est le réactif limitant :4,5.10-3 – 3x = 0 => x = 1,5.10-3 mol

 

Si PO43- est le réactif limitant :  2.10-3 – 2x = 0 => x = 10-3 mol

 

Par conséquent xmax = 10-3 mol et le réactif limitant est PO43-.

 

 6 )A l’état final on a : 1,5.10-3 mole de Ca2+ ; 0 mole de PO43- ; 10-3 mole de Ca3(PO4)2.

 

7) Calculons les concentrations des ions présents dans la solution. V = 50 mL

Les ions Na+ et Cl- n’ont pas réagi.

C(Na+) =  6.10-3 / 50.10-3 = 1,2.10-1 mol.L-1

C(Cl-) = 9.10-3 / 50.10-3 = 1,8.10-1 mol.L-1

 

Il reste 1,5.10-3 mole d’ions Ca2+.

 

C(Ca2+) = 1,5.10-3 / 50.10-3 = 3.10-2 mol.L-1

 

On peut remarquer que :   C(Cl-) = C(Na+) + 2 × C(Ca2+)


II)

1) On observe une détonation à l’approche d’une flamme, le gaz est donc du dihydrogène.

 

2) L’addition de soude provoque la formation d’un précipité blanc ; il y a donc présence d’ions Al3+.

 

3)a) Les réactifs sont : l’aluminium Al et les ions H+.

 

b) 2Al + 6 H+ à  2 Al3+ + 3 H2

 

4)a) Il faut utilisé une pipette pour mesurer un volume de 6 mL (muni d’une propipette).

 

b) On calcule les quantités de réactifs mis en jeu.

 

m(Al) = 0,6 g ;  M(Al) = 27 g.mol-1 et n = m / M

 

n(Al) = 0,6 / 27 =2,2.10-2 mol

 

C(H+) = 1 mol.L-1 ; V = 6 mL et n = C.V

 

n(H+) = 1 × 6.10-3 = 6.10-3 mol

 

5)a)Tableau d’avancement de la transformation :

 

 

           2Al              +             6 H+           à           2 Al3+           +            3 H2

Etat initial

x = 0 mol

2,2.10-2

6.10-3

0

0

En cours de transformation

x

2,2.10-2 – 2x

6.10-3 – 6x

2 x

3 x

Etat final

xmax = 10-3 mol

2.10-2

0

2.10-3

3.10-3

 

Recherche de l’avancement maximal xmax et du réactif limitant :

 

Si Al est le réactif limitant :2,2.10-2 – 2x = 0 => x = 1,1.10-2 mol

 

Si H+ est le réactif limitant :  6.10-3 – 6x = 0 => x = 10-3 mol

 

Par conséquent xmax = 10-3 mol et le réactif limitant est H+.

 

b) Il s’est formé : 3.10-3 mol de dihydrogène.

 

V = n.Vm => V(H2) = 3.10-3 × 25 = 0,075 L = 75 mL


III)

1) Calculons les quantités des réactifs :

Pour C7H6O3 : m = 3,3 g ; M(C7H6O3) = 7 × 12 + 6 × 1 + 3 × 16 = 138 g.mol-1

n = m / M => n = 3,3 / 138 = 2,39.10-2 mol

 

Pour C4H6O3 : V = 7 mL ; µ = m / V => m = µ × V => m = 1,08 × 7 = 7,56 g

M(C4H6O3) = 4 × 12 + 6 × 1 + 3 × 16 = 102 g.mol-1

n = 7,56 / 102 = 7,41.10-2 mol

 

2)Tableau d’avancement de la transformation :

 

 

         C7H6O3(s)         +          C4H6O3(l)      à       C9H8O4(s)          +        C2H4O2(l)

Etat initial

x = 0 mol

2,39.10-2

7,41.10-2

0

0

En cours de transformation

x

2,39.10-2 – x

7,41.10-2 – x

2x

3x

Etat final

xmax = 2,39.10-3 mol

0

5,02.10-2

2,39.10-2

2,39.10-2

 

Recherche de l’avancement maximal xmax et du réactif limitant :

 

Si C7H6O3 est le réactif limitant :2,39.10-2 – x = 0 => x = 2,39.10-2 mol

 

Si C4H6O3 est le réactif limitant :  7,41.10-2 – x = 0 => x = 7,41.10-2 mol

 

Par conséquent xmax = 2 ,39.10-2 mol et le réactif limitant est C7H6O3.

 

A l’état final il y a : 5,02.10-2 mol de C4H6O3 ; 2,39.10-2 mol de C9H8O4 et 2,39.10-2 mol de C2H4O2.

 

3) Déterminons les masses : m = n × M

m(C4H6O3) = 5,02.10-2 × 102 = 5,12 g

 

M(C9H8O4) = 9 × 12 + 8 × 1 + 4 × 16 = 180 g.mol-1

m(C9H8O4) = 2,39.10-2 × 180 = 4,30 g

 

M(C2H4O2) = 2 × 12 + 4 × 1 + 2 × 16 = 60 g.mol-1

m(C2H4O2) = 2,39.10-2 × 60 = 1,43 g

 

4) D’après le tableau d’avancement précédent il faut autant d’acide salicylique que d’anhydride acétique si l’on vaut que le mélange soit stoechiométrique.

Donc n = 7,41.10-2 mol

m(C9H8O4) = 7,41.10-2 × 180 =13,3 g

 

Il faut prendre : 13,3 g d’acide salicylique.