Activité:Suivi d’une transformation chimique

Suivi d’une transformation chimique:Activités

Activité-1 :Etude de l’évolution d’un système (Précipitation du phosphate de calcium)

Les ions calcium Ca²⁺ réagissent avec les ions phosphate PO₄^3- et donnent un précipité de phosphate de calcium Ca₃(PO₄)₂.

On mélange un volume V₁ = 10,0 mL d’une solution de chlorure de calcium
(Ca²⁺ + 2Cl^-) de concentration C₁ = 5,0x10^-2 mol.L^-1 avec un volume V₂ = 50,0 mL d’une solution de phosphate de sodium (3Na⁺ + PO₄^3-) de concentration C₂ = 2,0x10^-2 mol.L^-1

1)1.1.Déterminer les concentrations initiales(avant précipitation) des ions Ca²⁺ et Cl^- en solution dans le mélange.

1.2. Même question pour les ions Na⁺ et PO₄^3-

2. Ecrire l’équation de la réaction de précipitation.

3. Déterminer les quantités de matière à l’état initial des ions Ca²⁺ et PO₄^3- notées respectivement n₁ et n₂.

4. Dresser le tableau d’avancement de la réaction. On utilisera uniquement les expressions littérales des quantités de matière.

5. Déterminer la valeur de l’avancement maximal. Quel est le réactif limitant ?

     6. Déterminer la quantité de matière de toutes les espèces chimiques en fin de réaction.

Réponses

1.1. 

[C2.     2.Equation de la réaction de précipitation :

  3 Ca²⁺ + 2 PO₄^3- → _Ca3(PO₄)

 3. Quantités de matière à l’état initial des ions Ca²⁺ et PO₄^3-_, notées respectivement n₁ et n₂ :  

          n₁ = C₁V₁ = 5x10^-2x10x10^-3 = 5,0x10^-4 mol

n₂ = C₂.V₂ = 2x10^-2x50x10^-3 = 1,0x10^-3 mol

4. Tableau d’avancement:

 

Equation de reaction		3 Ca2+    +         2 PO43-            →          Ca3(PO4)2
Etat du système	Advancement x(mol)	Quantités de matière
Etat Initial	0	n1	n2	0
Etat Intérmidiaire	x	n1 – 3x	n2 – 2x	x
Etat Final	xmax	n1 – 3xmax	n2  – 2xmax	xmax

5. Le réactif limitant:

Si Ca2+ est le réactif limitant, il va disparaitre à la fin de la réaction. Donc ,d’après le tableau d’avancement n1 – 3x_max ; 5,0x10^-4 -3 xmax=0

x_max=5,0x10^-4 /3=1,7.10^-4mol.
Si PO4^3- est le réactif limitant, il va disparaitre à la fin de la réaction. Donc ,d’après le tableau d’avancement n2 – 2xmax ; 1,0x10^-3 -2 max=0  
xmax=1,0x10^-3 /2 = 5.10^-4mol.
xmax=1,7.10-4mol et le réactif limitante st l’ion calcium Ca2+ .

Le réactif limitant correspond à la plus petite valeur de xmax donc :

6. quantité de matière de toutes les espèces chimiques en fin de réaction.

n₁ - 3x_max = 0 : il n’y a plus d’ions calcium en solution.(réactif limitant)

n(PO₄^3- )_final = n₂ -2x_max = 10^-3 – 2x1,7x10^-4 =  0,66x10^-4 mol.

n(Ca₃(PO₄)₂) _(final) = x_max =1,7x10^-4 mol

 

Activité.2: Etude d’une réaction produisant un gaz

Énoncé : Le zinc réagit avec l’acide chlorhydrique pour donner un dégagement
gazeux de dihydrogène H_2(g)et des ions Zn²⁺ _(aq) en solution aqueuse. 

- On fait réagir un volume V = 20,0 ml 
d’acide chlorhydrique de concentration
C = 5,00 mol/L avec une masse m = 0,11 g de zinc solide.
- On précise que les ions chlorure Cl^-_(aq) sont des ions spectateurs et que dans les conditions de l’expérience, le volume molaire Vm = 24 ,3 L / mol. 

- Données : masse molaire du zinc : M (Zn) = 65,4 g / mol.

1. Écrire l’équation de la réaction.

2. Donner l’état initial du système et calculer les quantités de matière des différents réactifs.

3. Dresser un tableau d’avancement de la réaction.

4. Déterminer le réactif limitant et la valeur de la valeur de x_max.

5. Faire le bilan de matière et calculer le volume de dihydrogène obtenu.

Réponses :

1.L’équation de la réaction

Zn_(s) + 2H⁺_(aq) ­­­­­→ Zn²⁺_(aq) +H_2(g)

2.      Quantités de matière à l’état initial :

n₀(Zn)=m(Zn)/M(Zn)= 0,11/65,4=1,7.10⁻⁻³mol
n₀(H⁺₍aq₎)=C.V=5,00.20.10⁻³=0,10 mol

3.      Tableau d’avancement

Equation de reaction		Zn(s)   +  2H+(aq) ­­­­­ →   Zn2+(aq)  +   H2(g)
Etat du système	Avancement x(mol)	Quantités de matière
Etat Initial	0	1,7.10⁻³	0,10	0	0
Etat Intérmidiaire	x	1,7.10⁻³ – x	0,10 – 2x	x	x
Etat Final	xmax	1,7.10⁻³ – xmax	0,10  – 2xmax	xmax	xmax

4.      le réactif limitant et la valeur de la valeur de x_max.

Si Mg est réactif limitant alors :n_f(Zn)=0 ; 1,7.10⁻³ – x; x_max=1,7.10⁻³ _mol.

Si H⁺_(aq) est réactif limitant alors :n_f(H⁺)=0 ; 0,10   – 2x_max ; x_max=5,0.10⁻² mol

Le réactif limitant correspond à la plus petite valeur de x_max. Donc x_max=1,7.10⁻³ _mol. 

Et le réactif limitant est le zinc Zn_(s) .

5.      le bilan de matière et calculer le volume de dihydrogène obtenu.

D’après le tableau d’avancement :

n_f(Zn)= 0 mol ; n_f(H⁺)=0,10-2.xmax=0,10 - 2.1,7.10⁻³=9,7.10^-2 moL

n_f (Zn²⁺)=n_f(H₂) =x_max=1,7.10⁻³