Etude d'une réaction à l'aide d'une mesure de pression

[yann]

Bonjour à tous , à toutes
bonnes vacances (si vous en prenez)

voici le sujet de mon exercice

l'hydrogénocarbonate de sodium est plus connu sous le nom de bicarbonate de sodium , sa formule chimique est Na H C03 (s)
le vinaigre est une solution aqueuse d'acide éthanoique ou acide acétique , sa formule chimique est CH3 COO H (aq)

Etude qualitative

dans un tube à essais , introduire une pointe de spatule d'hydrogénocarbonate de sodium et quelques milli litres d'acide acétique
a - noter vos observations

on observe un dégagement de gaz
b- comment peut on caractérisez le gaz formé ? schématisez le protocole de montage

en le recueillant avec un tube à dégagement et son extrémité trempe dans de l'eau de chaux
l'eau de chaux est trouble donc présence de CO2

c- écrire l'équation de la réaction

Na H CO3 (s) + CH3 COO H (aq) ---------------------> Na + + CH3 COO - + H2 O + CO2

il se forme l'ion éthanoate CH3 COO- et l'ion sodium


ETUDE QUALITATIVE DE LA REACTION à l'aide d'une MESURE DE PRESSION
1) expérience :
-chaque groupe dispose d'un ballon et d'un bouchon percé dans lequel on introduit une tige en verre relié au tuyau d'un capteur de pression

mode opératoire

a- chaque groupe introduit dans le ballon un barreau aimanté ,puis, à l'aide d'une burette graduée un volume différent V A d'acide étahnoique de concentration molaire C = 0,50 mol.L-1
b- ce volume est complété à 20 ml avec de l'eau distillée de manière à ce que le volume d'air présent au départ soit identique dans chaque ballon
c- ajouter quelques gouttes de bleu de bromothymol
boucher le ballon et mesurer la pression P i à l'intérieur
d- introduire dans le ballon un morceau de papier filtre contenant 0,21 g d'hydrogénocarbonate de sodium
e- mettez en marche l'agitation magnétique et maintenez-la pendant la durée de la réaction
f- relevez la pression P f à la fin de la transformationn


relevez les grandeurs utiles (pour la suite)

V1 --------> volume exact que peut contenir le ballon

. en fonction du numéro de chaque groupe
V A -----------> volume d'acide introduit dans le ballon

V E ----------------> volume d'eau distillée rajouté
. Conditions de l'expérience T (en °C) =


complétez le tableau récapitulatif

j'ai complété la première ligne
pour le volume total du premier groupe j'ai mis 19,0
puis pour le groupe suivant 18,0
et ainsi de suite ( on a une suite décroissante)

par contre pour la troisième ligne (comme je ne suis pas en salle de TP , je ne peux pas faire un relevé de pression)

2 ) questions :

a - avec les valeurs de votre groupe calculer les quantités de matières initiale ni ( CH3 COOH) et ni (NaHCO3) initialement présente

quantités de matières CH3 COOH

n(CH3 COOH ) = C A * V A = 5,0 * 10^-1 * 1,0 * 10-3 = 5,0 * 10 -4 mol

quantités de matières Na H CO3

n(NaH CO3) = m(NaHCO3 ) / M(NaH CO3) = 0, 21 / 23 + 1 + 12 + (3*16) = 0,21 / 84 = 0,0025 = 2,5 *10 -3 mol

la quantité de matière d'hydrogénocarbonate de sodium va être la meme pour tous les groupes

b- en utilisant l'équation d'état des gaz parfait , montrer que la quantité de matière de CO2 formé s'exprime par la relation n(CO2 ) = ∆ P * V total / R * T

par contre pour cette question , il faudrait calculer la pression initiale et la pression finale pour avoir ∆ P

pouvez-vous m'aider pour la suite ?
j'aimerais bien finir ce TP avec votre aide

[darrigan]

Bonsoir,

Tout est correct.

Simplement, attention à tes écritures, tu peux écrire avec des indices et des exposants quand tu écris les équations de chimie ou de mathématiques. Tu peux aussi préciser l'état de chaque constituant : (s) pour solide, (l) pour liquide, (g) pour gazeux, (aq) pour les espèces solvatées dans l'eau, ce qui donne :
$$NaHCO_3(s) + CH_3COOH(aq) \rightarrow Na^+(aq) + CH_3COO^-(aq) + H_2O(l) + CO_2(g)$$

Exemple pour une équation :
$$n(NaHCO_3) = \frac{m(NaHCO_3)}{M(NaHCO_3)} = \frac{0,21}{23 + 1 + 12 + (3 \times 16)} = \frac{0,21}{84} = 0,0025 = 2,5 \times 10^{-3} mol$$

Ici, une remarque : tu utilises des masses molaires atomiques arrondies à l'unité, ce qui n'est pas très précis… Dans le tableau périodique des éléments, tu as les masses molaires atomiques avec plus de précision. Pour Na, H, C et O, cela ne change pas grand-chose… Mais pour le chlore par exemple, sa masse atomique est 35,45 g/mol ; ce serait très approximatif d'arrondir à 35 ou à 36…

Enfin, pour la question sur ∆P, ce n'est pas compliqué : $\Delta P = P_f - P_i$

Peux-tu écrire l'expression de $P_f$ et de $P_i$ ?

(Sachant que pour l'instant initial, la pression dans le système n'est due qu'à la quantité de matière d'air, que l'on peut écrire $n_{air}$)

Ensuite tu essayes de simplifier l'expression de ∆P, et cela te conduira au résultat.

[yann]

Bonjour monsieur Darrigan

merci de m'avoir répondu

à l'état initial (donc la réaction n'a pas commencé)
d'après l'énoncé , on demande pour chaque groupe d'introduire un volume d'acide acétique différent
et de compléter à 20m l
puis d'introduire un papier filtre contenant 0,21 g d'hydrogénocarbonate de sodium


si je prends le numéro de groupe A (puisque l'on demande de faire l'expérience par groupe)
donc il y a deux quantités de matières différentes celle que que j'ai calculé pour l'acide éthanoique qui est de 5,0 * 10 -4 mol
et la quantité de matière d'hydrogénocarbonate de sodium 2,5 *10 -3 mol
à la première mesure de pression , on va mesurer la pression de l'air et pas du CO 2 puisque la réaction n'a pas encore commencé
c'est bien cela ??

et cette mesure de pression initiale sera donc la meme pour tous les groupes ???

[yann]

Bonjour,

Dans la réaction de l'acide éthanoïque sur l'hydrogénocarbobanate de sodium ,

comme la seule espèce gazeuse produite est la CO2 , la pression supplémentaire est celle du CO2

$ n(CO2) = \frac{P(CO2) * V}{R * T(total)} $

$ P(CO2) = pression(initiale) - pression(finale) $

$ n(CO2) = \frac{différence de pression(CO2) * V(total)}{R * T} $


est ce que c'est OK ??

[darrigan]

Oui, c'est ça.
On peut le faire comme ça aussi :
$$\Delta P = P_f - P_i$$
avec :
$$P_i = \frac{n_{air} \times R \times T}{V}$$
et
$$P_f = \frac{(n_{CO_2}+n_{air}) \times R \times T}{V}$$
D'où :
$$\Delta P = \frac{(n_{CO_2}+n_{air}) \times R \times T}{V} - \frac{n_{air} \times R \times T}{V} = \frac{n_{CO_2} \times R \times T}{V}$$
Et donc ce qu'il fallait démontrer :
$$n_{CO_2} = \frac{\Delta P \times V}{R \times T}$$

[yann]

Bonjour monsieur Darrigan

je viens d'avoir votre message
merci beaucoup

d'après les questions
a- chaque groupe introduit dans le ballon un barreau aimanté ,puis, à l'aide d'une burette graduée un volume différent V A d'acide étahnoique de concentration molaire C = 0,50 mol.L-1
b- ce volume est complété à 20 ml avec de l'eau distillée de manière à ce que le volume d'air présent au départ soit identique dans chaque ballon


le volume V = 1,0 ml de la solution aqueuse d'acide de concentration C 1 = 0,50 mol.L-1 a été dilué par 20 ml d'eau distillée
la quantité de matière CH3 COO H n'est plus [0,50] mol.L-1 puisqu'en fait on fait une dilution

c'est bien cela?? ( je ne me trompe pas )

donc soit C2 la nouvelle concentration

C1 * V1 = C 2 * V2

[0,50]* 1,0 * 10-3= [C2]* 2,0 * 10-2

[C2] = [0,50] * 1,0 * 10-3 / 2,0 * 10^-2

[C2] = 5,0 * 10^-4 / 2,0 * 10^-2 = 2,5 * 10-2 mol



ETAT INITIAL

n(CH3 COO H) = 0,025 mol

n(NAHCO3) = 0,0025 mol

n(CO2) = ???


ETAT FINAL

reste t-il de l'acide ??

reste t-il de l'hydrogénocarbonate de sodium ??

n(CO2) = ??


à l'état final l'un des 2 réactifs aura disparu
et si il n'y a plus d'acide --------> ce sera le réactif limitant

TABLEAU D'AVANCEMENT
pendant la transformation
n(CH3COOH) = 0,025 mol - x
n(NaHCO3) = 0,0025 mol - x

à l'état final
on trouve x max = 0,025 mol - 0

n(NAHCO3) = 0,0025 - 0,025 = 0,0225 mol

[yann]

j'ai écrit [0,50]* 1,0 * 10-3= [C2]* 2,0 * 10-2

j'aurais du écrire

C1 * V1 = C2 * V2

[CH3COOH] 1* V1 (CH3COOH) = [CH3COOH]2 * V2 (CH3COOH)

quand on met les [ ] on ne doit pas mettre de chiffre ,c'est cela ??