Aurélie oct 2001

devoirs en première S

fer et dichlore

phosphate de calcium




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 On réalise une réaction chimique entre 11,2 g de fer et le gaz dichlore Cl2 contenu dans un récipient de 6 L afin d'obtenir un solide de formule FeCl3.

  1. Ecrire l'équation bilan de la réaction
  2. Déterminer l'avancement maximal de la réaction et déterminer le réactif limitant.
  3. Décrire le système dans l'état final.
  4. En déduire à l'état final,
    - la masse ou le volume du corps en excès
    - la masse de fer obtenu
  5. Afin que le mélange soit stoéchiométrique, déterminer la masse de fer à brûler dans un flacon de 1L de dichlore

masse molaire atomique :Fe= 56; Cl=35,5 g/mol; volume molaire : 24 L/mol.


corrigé

Fe
+ 1,5 Cl2 (gaz)
--> FeCl3
initial
11,2 /56 = 0,2 mol
6 /24 = 0,25 mol
0
en cours
0,2- x
0,25 -1,5 x
x
final
0,2-0,1666 = 0,033 mol
0
0,166 mol
à la fin au moins l'un des réactifs a disparu :

0,2 - xmax=0 soit xmax=0,2 mol

ou bien 0,25 -1,5 xmax=0 soit xmax=0,166 mol (à retenir)

le fer est en excès de 0,033 mol

soit en masse : 0,033 * 56 = 1,87 g.

masse molaire de FeCl3 : 56+3*35,5 = 132,5 g/mol

masse de chlorure de fer III : 0,166 *162,5 = 27 g.



Fe
+ 1,5 Cl2 (gaz)
--> FeCl3
initial
n ?? mmol
1 /24 = 41,66 mmol
0
en cours
n- x
41,66 -1,5 x
x
final
0
0
0,166 mol
les réactifs sont en quantité stoéchiométriques; à la fin les deux réactifs ont disparu:

n - xmax=0 soit xmax= n mmol

et 41,66 -1,5 xmax=0 soit xmax= 21,77 mmol

masse de fer : 21,77 10-3 * 56 = 1,55 g.




 En solution aqueuse, les ions calcium Ca2+ donnent avec les ions phosphate PO43- un précipité de phosphate de calcium Ca3(PO4)2. A un volume V1 =30 mL d'une solution de chlorure de calcium de concentration molaire C1=0,05 mol/L, on ajoute un volume V2= 20 mL d'une solution S2 de phosphate de sodium de concentration C2 = 0,01 mol/L.

  1. Ecrire l'équation bilan de la réaction de précipitation.
  2. Ecrire l'équation de la dissolution dans l'eau du chlorure de calcium solide et en déduire les concentrations molaires des ions dans la solution S1.
  3. Ecrire l'équation de la dissolution dans l'eau du phosphate de sodium solide et en déduire les concentrations molaires des ions dans la solution S2.
  4. Calculer les quantités(mol) introduites en ions calcium et phosphate.
  5. Déterminer l'avancement maximal de la réaction et en déduire le réactif limitant
  6. Décrire le système dans l'état final et en déduire:
    - la masse de phosphate de calcium précipité
    - la concentration molaire de tous les ions présents en solution.
    Ca=40; P=31; O=16 g/mol
  7. Quelle masse de chlorure de calcium faut-il peser pour obtenir les 30 mL de S1.
  8. Décrire la dilution à réaliser pour préparer 100 mL de solution S2 à partir d'une solution mère de concentration C0=1 mol/L.

corrigé


3 Ca2+ + 2 PO43- --> Ca3(PO4)2

CaCl2 (s) --> Ca2+ (aq) + 2 Cl- (aq)

30*0,05 = 1,5 mmol ion Ca2+.

2*1,5 = 3 mmol ion Cl-.

Na3PO4 (s) -->3 Na+ (aq)+ PO43-(aq)

20*0,01 = 0,2 mol ion phosphate

et 3*0,2 = 0,6 mol Na+.


3 Ca2+
+ 2 PO43-
--> Ca3(PO4)2
initial
1,5 mmol
0,2 mmol
0
en cours
1,5-3 x
0,2 -2 x
x
final
1,5-0,3 = 1,2 mmol
0
0,1 mmol
à la fin l'un au moins des réactifs a disparu:

1,5 -3 xmax=0 soit xmax= 0,5 mmol

et 0,2-2 xmax=0 soit xmax= 0,1 mmol (à retenir)

masse molaire phosphate de calcium : 3*40 + 2*(31+16*4) = 310 g/mol

masse : 10-4 * 310 = 31 mg.


concentrations finales :

le volume de la solution est 50 mL= 0,05 L

[Cl-]= 3 10-3 / 0,05 = 0,06 mol/L.

[Na+]=6 10-4 / 0,05 = 0,012 mol/L.

[Ca2+]=1,2 10-3 / 0,05 = 0,024 mol/L.

la solution reste électriquement neutre:

2[Ca2+]+[Na+]=[Cl-]

2*0,024 + 0,012 = 0,06 est bien vérifiée.


30 mL de S1 contient 1,5 mmol de chlorure de calcium :

masse molaire : 40+2*35,5 = 111 g/mol

masse à peser : 111*1,5 10-3 = 0,166 g.

le facteur de dilution est égal au rapport des concentrations : 1 /0,01 = 100

ce facteur de dilution est également égal au rapport des volumes de la fiole jaugée et de la pipette.

volume fiole / volume pipette = 100

100 / volume pipette = 100

le volume de la pipette est 1 mL.





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