[PDF] TP 1 chimie : première Grandeurs physique et bilan de matière

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TP 1 chimie : première Grandeurs physique et bilan de matière Première partie : décomposition de l'hydrogénocarbonate de sodium par chauffage

Objectifs

: mesurer une grandeur physique qui permet de valider la réaction associée à une transformation.

Principe : on propose trois équations de réaction pour la décomposition thermique de

l'hydrogénocarbonate de sodium. Il convient de déterminer, à partir de conclusions expérimentales,

celle qui est associée à la transformation chimique.

Equations proposées

- Équation 1 : )g(2)s()s(3CONaOHNaHCO+→. - Équation 2 : )g(2)g(2)s(2)s(3OHCO2ONaNaHCO2++→. - Équation 3 : )g(2)g(2)s(32)s(3OHCOCONaNaHCO2++→.

1. Mode opératoire

▪ Placer un tube à essais sec dans un becher sec. Peser le tout. ...............m=. ▪ Dans le tube mettre environ 1 g d'hydrogénocarbonate de sodium. ...............m1=. ▪ Réaliser le montage ci-contre. La réaction de décomposition étant lente il faut chauffer suffisamment longtemps. Arrêter l'expérience quand il n'y a plus de dégagement gazeux. ▪ Noter le volume de gaz obtenu. ...............V2CO=. ▪ Observer les parois du tube. Eliminer le produit observé en chauffant les parois du tube ▪ Placer ensuite le tube de nouveau dans le becher. ▪ Peser à nouveau le tube et le becher. ...............m2=.

2. Résultats et exploitation des résultats

2.1. À l'aide d'une mesure d'un volume gazeux

1. L'expérience permet-elle d'identifier certain(s) produit(s) de la réaction ?

2. Des trois réactions proposées, quelle est celle que l'on peut éliminer ?

3. Calculer la quantité de matière d'hydrogénocarbonate de sodium mis dans la coupelle.

4. Établir le tableau d'avancement pour les deux réactions possibles.

Equation chimique : État du système Avancement Quantité de matière dans l'état initial 0 Quantité de matière au cours de la transformation x Quantité de matière dans l'état final théorique xmax Equation chimique : État du système Avancement Quantité de matière dans l'état initial 0 Quantité de matière au cours de la transformation x Quantité de matière dans l'état final théorique xmax

5. Calculer pour chaque réaction le volume de dioxyde de carbone obtenu et le comparer avec le

volume trouvé.

6. En déduire l'équation de réaction pour la décomposition thermique de l'hydrogénocarbonate de

sodium.

2.2. À l'aide d'une mesure de masse

1. Déterminer avec les différentes pesées effectuées la masse résiduelle du contenu du tube.

2. Prévoir, à l'aide du tableau d'avancement de la transformation chimique choisie, la masse

résiduelle théorique du contenu du tube.

3. Le résultat obtenu confirme t-il votre choix de réaction.

4. L'hydrogénocarbonate de sodium appelé couramment bicarbonate de soude est un constituant de

la levure chimique. Quel est son rôle dans la cuisson des gâteaux ? ? Attention : enlever le tube de l'eau avant d'arrêter le chauffage Deuxième partie : titrage d'un comprimé d'aspirine par mesure de pression.

Objectif

: déterminer la masse d'acide acétylsalicylique (C9H8O4) dans un comprimé d'aspirine non effervescent.

Principe

: on utilise la réaction entre l'aspirine et les ions hydrogénocarbonate qui produit un dégagement de

dioxyde de carbone et on mesure la pression dans le réacteur chimique. Le comprimé d'aspirine

contient plusieurs espèces chimiques, dont un principe actif de formule C

9H8O4. Ce dernier réagit avec

les ions hydrogénocarbonate, de formule -3HCO, selon l'équation chimique suivante :

1. Mode opératoire

▪ Repérer la position du bouchon sur le col du ballon puis, à l'aide d'une éprouvette graduée, déterminer le

volume V

0 du ballon. ...............V0=.

▪ Noter la température de la salle. ▪ Introduire 10 mL d'une solution d'hydrogénocarbonate de sodium, de formule : ()-++)aq(3)aq(HCONa, dans le ballon à l'aide d'une éprouvette graduée. La concentration en ions hydrogénocarbonate est de 0,50 mol.L -1. Les ions sodium, de formule : +Na, ne réagissent pas. ▪ Placer un comprimé d'aspirine non effervescent sur le col du ballon disposé horizontalement (figure a). Boucher le ballon et relier ensuite le tuyau au capteur de pression. ▪ Noter la pression initiale dans le ballon. ....................p0=.

▪ Disposer le ballon verticalement (figure b) pour faire tomber le comprimé dans la solution

d'hydrogénocarbonate de sodium. Observer. ▪ Au bout d'une quarantaine de minutes noter la pression finale dans le ballon. ....................p1=.

2. Résultats et exploitation des résultats

1. Déterminer le volume V de gaz présent dans le ballon dans le schéma a.

2. En admettant que l'air se comporte comme un gaz parfait, déterminer la quantité de matière n

0 d'air

initialement présente dans le ballon (figure a). Loi des gaz parfaits :

TRnVp××=×, avec :

11K.mol.J31,8R--=.

3. Dans la relation

TRnVp××=× quelles sont les grandeurs qui restent constantes au cours de cette expérience ?

4. Soit

()2COn la quantité de dioxyde de carbone formée à la fin de la manipulation et n1 la quantité de

matière de gaz présente dans le ballon à la fin de l'expérience, trouver une relation entre

n0 , nCO2 et n1.

5. En considérant que le mélange gazeux air et dioxyde de carbone se comporte comme un gaz parfait,

montrer que la quantité de matière n

1 du mélange gazeux présente dans le ballon à l'état final est :

TRVpn 11 ××= et que la quantité de matière de dioxyde de carbone est : ( )TRV)pp(COn 012

6. Calculer la quantité de matière

()2COn.

7. Compléter le tableau d'avancement de la transformation étudiée.

Equation chimique :

)l(2)g(2)aq(479)aq(3)s(489OHCOOHCHCOOHC++→+-- État du système Avancement Quantité de matière dans l'état initial 0 Quantité de matière au cours de la transformation x Quantité de matière dans l'état final théorique xmax

8. En déduire la quantité de matière d'aspirine ayant réagi (c'est le réactif limitant).

9. Calculer la masse d'aspirine contenu dans le comprimé et comparer à l'indication portée sur la boite.

Donnée

: masse d'aspirine dans un cachet : 500 mg.

CORRECTION groupe 1

On trouve p0 = 1006 hPa.

On mesure V0 = 325 mL

Donc le volume d"air est V = 315mL

La température lors de nos essais était θ = 26.5 °C

Donc T = 273+26.5= 299.5 Kelvins

A la fin de la manip P1 = 1215 hPa.

n0=TR Vp .0= 100600. 0.315.10-3/8,31.299.5= 1.27.10-2 mol n 1=TR Vp .1 n

1=nCo2+n0 donc nCo2= n1-n0 =TR

Vp .1 -TR Vp .0 nco2= 2,56 .10-3 mol xmax =2,56.10-3 mol n C9H8O4 -x = 0 donc n C9H8O4 = 2,56.10-3 mol n=m/M m = 2,56.10-3*(9*12+8+4*16) = 0,461 g

Au lieu de 500 mg !!!! soit 8% d"erreur

Equation de la réaction C

9H8O4 + HCO3- → C9H7O4- + CO2 + H2O

Avan ceme nt

Quantité de matière dans

l"état initial (mol) n C9H8O4

2,56 .10-3

mol n HCO3- =

5.0 .10-3 mol

0 0 solvant 0

Quantité de matière au cours

de la transformation (mol) n C9H8O4 - x n HCO

3- -x x x solvant x

Quantité de matière dans

l"état final théorique (mol) 0 2,4410-3 xmax

2,5610-3=

xmax solvant xmax

CORRECTION groupe 2

On trouve p0 = 1004 hPa.

On mesure V0 = 320 mL

Donc le volume d"air est V = 310mL

La température lors de nos essais était θ = 26.4 °C

Donc T = 273+26.4= 299.4 Kelvins

A la fin de la manip P1 = 1192 hPa.

n0=TR Vp .0= 100400. 0.310.10-3/8,31.299.4= 1.25.10-2 mol n1=TR Vp .1 =1.48.10-2 mol n

1=nCo2+n0 donc nCo2= n1-n0 =TR

Vp .1 -TR Vp .0 nco2= 2,34 .10-3 mol xmax =2,34.10-3 mol n C9H8O4 -x = 0 donc n C9H8O4 = 2,34.10-3 mol n=m/M m = 2,34.10-3*(9*12+8+4*16) = 0,421 g

Au lieu de 500 mg !!!! soit 16% d"erreur

Equation de la réaction C

9H8O4 + HCO3- → C9H7O4- + CO2 + H2O

Avan ceme nt

Quantité de matière dans

l"état initial (mol) n C9H8O4

2,34103mol

n HCO3- =

5.0 .10-3

mol

0 0 solvant 0

Quantité de matière au cours

de la transformation (mol) n C

9H8O4 -x n HCO3- -x x x solvant x

Quantité de matière dans

l"état final théorique (mol) 0

2,66.10-3 xmax

2,3410-3=

xmax solvant xmaxquotesdbs_dbs8.pdfusesText_14

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