Chim. N° 10 Bilan de matière Cours Exercices.

 

1)-  Exercice 11 page 162.  Combustion du méthane. 2)-  Exercice 14 page 163. Le sodium et l’eau 3)-  Exercice 18 page 163. L’Hydroxyde de cuivre II. 4)-  Exercice 25 page 165. Le dihydrogène dans l’air : Un mélange explosif.

1)-  Exercice 11 page 162.  Combustion du méthane.

a)- écrire l’équation de combustion du méthane dans le dioxygène.

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (ℓ)

b)-  Le méthane et le dioxygène sont deux gaz dans les conditions de l’expérience.

Dresser un tableau d’avancement de cette réaction chimique pour chacun des trois états initiaux suivants :

-  On mélange 1,0 mol de chaque gaz.

-  On mélange 1,00 L de chaque gaz.

-  Quantité de matière de chaque réactif :

-  On prend 1,00 L de chaque gaz, en conséquence :

- 

-  On mélange 1,0 g de chaque gaz.

-  Quantité de matière de chaque réactif :

-  On prend 1,0 g de chaque gaz, en conséquence :

-  Quantité de matière de dioxygène :

-         

-  Quantité de matière de méthane :

-         

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (ℓ)

2)- Exercice 14 page 163. Le sodium et l’eau

-  Le sodium réagit avec l’eau.

-  Il se forme des ions sodium Na⁺, des ions hydroxyde HO^- ainsi que du dihydrogène.

a)- Écrire l’équation chimique correspondant à cette réaction et vérifier que les nombres stœchiométriques sont ajustés (attention aux charges des ions).

2 Na (s) + 2 H₂O (ℓ) → 2 Na⁺ (aq) + 2 HO ^– (aq) + H₂ (g)

b)-  Cette réaction dangereuse est effectuée avec 0,23 g de sodium seulement, que l’on introduit dans 1,0 L d’eau.

-  Quelles sont les quantités de matière (en mol) de sodium et d’eau mises en jeu ?

-  Quantité de matière de sodium mise en jeu :

-         

-  Quantité de matière d’eau mise en jeu :

-         

c)- dresser un tableau d’avancement pour cette réaction et en déduire le réactif limitant.

-  Tableau d’avancement :

2 Na (s) + 2 H₂O (ℓ) → 2 Na⁺ (aq) + 2 HO ^– (aq) + H₂ (g)

-  L’eau est en large excès, le réactif limitant est le sodium.

-  Le réactif limitant est le réactif qui a été introduit par défaut et qui disparaît totalement au cours de la réaction.

-  Le réactif limitant est celui qui disparaît totalement c’est-à-dire celui dont la quantité de matière s’annule pour la plus faible valeur de x.

-  Pour trouver x_max :

-  En fin de réaction, la quantité de matière de chaque réactif est soit positive, soit nulle.

-  En conséquence, on peut écrire deux inéquations :

-  0,010 – 2 x ≥ 0  et 56 – 2 x ≥ 0 

-  Ces deux inéquations sont satisfaites pour :

-  0 ≤ 2 x ≤ 0,010 mol => 0 ≤ x ≤ 0,0050 mol .

-  en conséquence : x_max = 5,0 x 10 ^–3 mol.

d)- Quelle est la quantité de matière d’eu restant à l’état final ?

-  Que peut-on dire du volume final de la solution aqueuse obtenue ?

-  L’eau est en large excès.

-  On peut considérer que la quantité de matière d’eau n’a pratiquement pas varié.

-  La quantité de matière d’eau à l’état final : n (H₂O) ≈ 56 mol..

-  Le volume de la solution est voisin de 1,0 L.

e)- Caractériser complètement l’état final (en volume pour le gaz et en concentration pour les ions).

-  Volume de dihydrogène formé :

-         

-  Concentration des ions présents dans la solution :

-         

3)- Exercice 18 page 163. L’Hydroxyde de cuivre II.

a)- Écrire l’équation chimique en supposant que les réactifs sont les ions cuivre II Cu²⁺ et les ions hydroxyde HO ^–.

Cu²⁺ (aq) + 2 HO ^–(aq) → Cu(OH)₂ (s)

b)-  la réaction chimique est effectuée à partir de 20 mL d’une solution contenant 0,012 mol / L d’ions Cu²⁺ .

Quelle est la quantité de matière d’ions cuivre II à l’état initial ?

-  quantité de matière d’ions cuivre II à l’état initial :

-         

c)- Établir un tableau d’avancement de la réaction chimique considérée en supposant que l’on introduit n moles d’ions hydroxyde.

d)-  Quelle condition sur la valeur de n faut-il avoir pour que la soude soit en excès ?

-  En fin de réaction, si la soude est en excès, il reste des ions hydroxyde HO^- et tous les ions cuivre II ont réagi :

-  2,4 x 10 ^–3 – x_max et n – 2 x > 0, en conséquence : n > 4,8 x 10 ^–3 mol.

e)-   Si la solution de soude utilisée contient 2,0 mol / L d’ions HO ^–,

quel volume de solution de soude faut-il ajouter pour être dans les proportions stœchiométriques ?

-  Proportions stœchiométriques : il faut que : 2,4 x 10 ^–3 – x = 0 et n – 2 x = 0,

-  En conséquence : n = 4,8 x 10 ^–3 mol.

-  Volume de solution :

-         

4)-   Exercice 25 page 165. Le dihydrogène dans l’air : Un mélange explosif.

a)- Quelle équation chimique rend compte d’une telle réaction ?

-  Équation bilan de la réaction :

O₂ (g) + 2 H₂ (g) → 2 H₂O (ℓ)

b)- Une fuite de dihydrogène conduit au remplacement de 4,0 % de l’air d’un laboratoire de volume 120 m³, par du dihydrogène.

-  Quelle est la composition molaire de l’atmosphère du laboratoire ?

-  Volume de dihydrogène :

-         

-  Volume de dioxygène :

-         

-  Volume de diazote :

-         

-  Composition molaire :

-         

c)-   En cas d’explosion, déterminer le réactif limitant et la masse d’eau qui serait produite.

-  Masse d’eau produite :

-  m (H₂O) = n (H₂O) . M (H₂O)

-  m (H₂O) ≈ 2,0 x 10² x 18 x 10 ^–3

-  m (H₂O) ≈ 3,6 kg

d)-  Lors d’une telle explosion, la température de l’air augmente de 900 °C.

-  Estimer la pression dans le laboratoire et conclure.

-  On peut considérer que la quantité de matière lors de l’explosion est pratiquement constante.

-  Le volume du laboratoire est constant lui aussi :

-  D’après l’équation d’état des gaz parfaits, on tire que :

-         

-  La température passe d’environ 300 K à 1200 K, elle a été multipliée par 4,

-  La pression p a été multipliée par quatre.

-  Les vitres et les portes du laboratoire sont soufflées,

-  Les personnes présentes sont brûlées et fortement commotionnées.