(2) Bilans de matière

Objectifs :

• établir un bilan de matière à partir de l’équation d’une transformation chimique

• comparer les résultats expérimentaux aux résultats théoriques.

I. Action de l’acide chlorhydrique sur le zinc

On met en présence de l’acide chlorhydrique (H⁺ + Cl⁻) et du zinc dans un ballon : il se forme des ions zinc et du dihydrogène.

1. Dispositif expérimental

Matériel : ballon à fond plat de 100 mL bouchon percé tube à dégagement éprouvettes graduées : 50 mL et 250 mL thermomètre baromètre balance électronique. Réactifs : solution aqueuse d’acide chlorhydrique c = 10 mol/L zinc en poudre.

2. Protocole expérimental

a. Avec une éprouvette graduée, introduire dans le ballon un volume v = 40 mL d’acide chlorhydrique (GANTS + LUNETTES), puis peser sur une feuille de papier une masse de zinc m comprise entre 0,5 g et 0,6 g. Noter cette masse : m =

b. Retourner sur l’évier l’éprouvette graduée remplie d’eau, puis placer convenablement le tube à dégagement.

c. Introduire rapidement le zinc dans le ballon et refermer aussitôt. Attendre la fin de la transformation chimique.

d. Mesurer le volume V de dihydrogène dégagé : V =

e. Noter la pression et la température ambiantes durant l’expérience : P =       ; θ =        

3. Exploitation des résultats

a. Écrire l’équation chimique de cette transformation.

b. Établir un tableau d’avancement de la réaction pour les états initial, intermédiaire et final.

c. Quel est le réactif en excès ? Calculer sa quantité de matière finale.

d. Calculer le volume molaire des gaz parfaits dans les conditions de l’expérience.

e. Quel est le volume théorique V’ de dihydrogène que l’on peut espérer ?

f. Calculer le rendement de la réaction chimique, c’est à dire le rapport η = V/V’. Commenter.

II. Déshydratation du sulfate de cuivre

Le sulfate de cuivre hydraté est un solide bleu. Sa formule chimique est (CuSO₄, p H₂O) _(s). L’objectif est de déterminer p, le nombre (entier) de molécules d’eau qui sont associées au solide ionique CuSO₄.

1. Protocole expérimental

a. Déposer une planche de bois (isolant) sur la balance et la tarer. Peser un bécher : m₁ = …………. Dans ce bécher, peser entre 4 g et 5 g de sulfate de cuivre hydraté. Noter précisément cette masse : m = ……….

b. Placer le bécher sur la plaque chauffante, et déposer au-dessus une grille métallique. Chauffer et observer.

c. Lorsqu’il n’y a plus de risques de projections, enlever la grille avec une pince en bois puis remuer de temps en temps le sulfate de cuivre avec un agitateur en verre jusqu’à ce que la déshydratation soit terminée.

d. Peser le bécher contenant le sulfate de cuivre anhydre : m₂ = ……….

2. Exploitation des résultats

a. Calculer en fonction de p la masse molaire M du sulfate de cuivre hydraté.

b. Écrire l'équation chimique traduisant la déshydratation du sulfate de cuivre. Noter les observations faites pendant la manipulation (couleurs, etc.)

c. Faire un tableau d'avancement de la réaction pour les états initial, intermédiaire et final. On notera n₀ la quantité de matière initiale de sulfate de cuivre hydraté.

d. Calculer le nombre de moles de CuSO_{4 (s)} à la fin de la réaction. En déduire la masse molaire du sulfate de cuivre hydraté, puis la valeur de p.

e. La valeur théorique de p est 5. Commenter l’écart éventuel avec la valeur trouvée expérimentalement.

Matériel :

Au bureau :

• solution aqueuse d’acide chlorhydrique : 2,0 mol/L ; 500 mL
• magnésium en ruban
• 1 balance électronique au cg
• gants et lunettes
• baromètre : http://www.e-tiempo.com/tiempo-managua-32605.html
• sulfate de cuivre hydraté

par groupe :

• 1 ballon de 100 ou 250 mL
• 1 bouchon percé
• 1 tube à dégagement : tuyau en plastique
• 1 éprouvette graduée 250 mL
• 1 éprouvette graduée 50 ou 100 mL
• 1 thermomètre
• 1 spatule
• 1 bécher
• 1 grille métallique
• 1 agitateur magnétique chauffant
• 1 tige de verre
• 1 pince en bois