Aurélie 29/09/08
 

 

Avancement, tableau descriptif de l'évolution du système lycée.

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Synthèse du monoxyde de carbone.

Un récipient contient initialement 500 moles d'air ( dont 20 % de dioxygène et 80 % de diazote) et 150 moles de méthane CH4 à la température T et sous la pression P.

Dans des conditions opératoires apropriées, il se forme du monoxyde de carbone et du dihydrogène.

Quelle est la composition du système dans son état initial ?


Quantité de matière (moles)
CH4
150
O2
500*0,20 = 100
N2
500*0,8 = 400

Qu'est ce qui nous permet de dire qu'il y a eu transformation chimique du système ?

La composition finale du système ( présence de CO et H2) est différente de la composition initiale ( air + méthane).

Ecrire et ajuster l'équation de la réaction chimique.( le diazote ne réagit pas).

2CH4 + O2 = 2CO + 4H2.

Dresser un tableau descriptif de l'évolution du système faisant apparaître l'avancement x.


avancement
2CH4
+ O2
= 2CO
+ 4H2.
initial
0
150
100
0
0
en cours d'évolution
x
150-2x
100-x
2x
4x
fin
xmax
150-2xmax
100-xmax
2xmax
4xmax


Déterminer le réactif limitant en calculant l'avancement maximal xmax.

Si O2 est en défaut : 100- xmax =0 ; xmax = 100.

Si CH4 est en défaut : 150-2xmax =0 ; xmax = 75.

Retenir la plus petite valeur : xmax = 75 mol.

Le méthane est en défaut, il constitue le réactif limitant.

 

En déduire la composition du système dans son état final.


avancement
2CH4
+ O2
= 2CO
+ 4H2.
fin
xmax = 75
150-2xmax = 0
100-xmax

= 100-75 = 25 mol

2xmax

2*75 = 150 mol

4xmax

4*75 = 300 mol


Craie et acide éthanoïque.

L'action de l'acide éthanoïque CH3-COOH sur la craie ( CaCO3) donne du dioxyde de carbone CO2, des ion calcium Ca2+ et de l'eau.

Faire la liste des téactifs et des produits de la réaction puis représenter cette transformation par une équation chimique.

réactifs
acide éthanoïque CH3-COOH
carbonate de calcium ( craie) CaCO3
produits
ion calcium, ion acétate CH3-COO-, CO2 et eau
2CH3-COOH + CaCO3 = 2CH3-COO- + Ca2+ +CO2 +H2O.

Initialement on dispose de 1,4 g de craie et de n moles d'acide éthanoïque.

On donne : Ca : 20 ; O : 16 ; H : 1,0 ; C : 12 g/mol.

Etablir un tableau d'avancement de la réaction chimique.

Masse molaire CaCO3 : M = 40+12+3*16 = 100 g/mol

Quantité de matière (mol) de craie :

n=
m
M
=
1,4
100
=0,014 mol.

 






avancement
2CH3-COOH
+ CaCO3
= [ Ca2+ ; 2CH3-COO- ]
+CO2
+H2O.
initial
0
n
0,014
0
0
0
en cours d'évolution
x
n-2x
0,014-x
x
x
x
fin
xmax
n-2xmax
0,014-xmax
xmax
xmax
xmax
On considère que la craie est le réactif limitant.

Quel est l'avancement maximal de la réaction ?

0,014-xmax = 0 soit xmax = 0,014 mol.

Quelle est la masse d'eau produite.

Masse molaire de l'eau : M= 2*1+16 = 18 g/mol ; n(eau) = 0,014 mol.

m=
n M
=
0,014*18
= 0,25 g.
Quel est le volume de gaz ?

On donne le volume molaire des gaz dans les conditions de l'expérience : Vm = 24 L/mol.

V=
n Vm
=
0,014*24
~ 0,34 L.


Synthèse du chlorure d'hydrogène.

Le chlorure d'hydrogène est un sous produit de l'industrie du pétrole et de l'incinération des résidus chlorés.

La synthèse du chlorure d'hydrogène se fait sous l'action d'une lumière riche en ultraviolet. Cette synthèse permet d'obtenir un produit très pur, mais elle est très couteuse.

On mélange 10 moles de H2 et 8 moles de Cl2 .

Quel est le reactif limitant ?


avancement
H2
+ Cl2
=2 HCl
initial
0
10
8
0
en cours d'évolution
x
10-x
8-x
2x
fin
xmax
10-xmax
8-xmax
2xmax
Si H2 est le réactif limitant : 10-xmax =0 ; xmax = 10.

Si Cl2 est le réactif limitant : 8-xmax =0 ; xmax = 8.

On retient la plus petite valeur : xmax = 8 et Cl2 est le réactif limitant.

Quelle est la composition du mélange aprés réaction ?


avancement
H2
+ Cl2
=2 HCl
fin
xmax = 8
10-xmax = 10-8 = 2
8-xmax =0
2xmax = 2*8 = 16




Aux Etats Unis, on prépare 250 000 tonnes de gaz selon le procédé décrit.

Quelle masse de dichlore a t-on utilisée pour fabriqué cette masse de chlorure d'hydrogène ?

Cl : 35,5 ; H : 1,0 g/mol

masse molaire HCl : M(HCl)= 1+35,5 = 36,5 g/mol

quantité de matière (mol) de chlorure d'hydrogène : m = 250 000 t = 2,5 1011 g.

n=
m
M
=
2,5 1011
36,5
= 6,85 109 mol.

Or d'après les nombres stoechiométriques de l'équation n(Cl2) = ½ n(HCl) = 3,42 109 mol

masse molaire Cl2 : M =2*35,5 = 71 g/mol

m= n M
=
3,42 109 *71
= 2,43 1011 g
=2,43 105 t.


Les cloches, alliage de cuivre et d'étain.

Lors de la réaction entre l'étain et une solution d'acide chlorhydrique, il se produit un dégagement de dihydrogène et des ions étain Sn 2+ apparaissent. Dans les mêmes conditions, le cuivre ne réagit pas.

Ecrire l'équation de la réaction entre l'étain Sn et le ions H+(aq).

Sn(s) + 2H+(aq) = Sn 2+(aq) + H2(g).

Les cloches sont constituées de bronze, alliage de cuivre et d'étain. Un échantillon de ce bronze de masse m0=5,4 g est plongé dans une solution d'acide chlorhydrique. On recueille un volume V de dihydrogène égal à 250 mL.

A l'aide d'un tableau d'avancement et en supposant que les ions H+(aq) sont en excès, déterminer l'avancement final.

On donne le volume molaire des gaz Vm = 24 L mol-1.


avancement
Sn(s)
+ 2H+(aq)
= Sn 2+(aq)
+ H2(g
initial
0
n
en excès
0
0
en cours d'évolution
x
n-x
x
x
fin
xmax
n-xmax
xmax
xmax
n-xmax = 0 soit xmax = n.

De plus on a recueille 0,25 L de dihydrogène gazeux. Quantité de matière (mol) de dihydrogène :

n=
V
Vm
=
0,25
24
~ 1,04 10-2 mol.
xmax = 1,04 10-2 mol.

En déduire la quantité et la masse d'étain présent dans l'échantillon.

M(Sn) = 118,7 g/mol.

m= n M
=
1,04 10-2 * 118,7
=1,24 g ~1,2 g.
Calculer le pourcentage en masse d'étain dans le bronze.

% Sn=
masse d'étain *100
masse échantillon
=
1,24*100
5,4
=23 %.






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