Chimie lycée : magnésium et acide chlorhydrique, acide oxalique,

Dans le cadre d'un atelier scientifique ayant pour thème " espace et mouvement", trois élèves s'interrogent sur les expériences qu'ils vont effectuer pour étudier des mouvements rectilignes : Elodie :" nous devrions étudier un mouvement ascendant et un mouvement descendant". Arthur :" j'ai une idée. Pour étudier le mouvement ascendant nous pourrions filmer le mouvement dans l'eau de bulles de gaz ". Charlotte :" Et si par exemple nous filmions le mouvement ascendant de bulles d'hydrogène produites par réaction de l'acide chlorhydrique avec le magnésium ?" Arthur : " Et ensuite, pour comparer, nous pourrions filmer le mouvement d'une bille métallique lâchée dans l'air ". A l'aide d'une caméra reliée à un ordinateur, les élèves filment la transformation chimique entre l'acide chlorhydrique et le magnésium produisant du dihydrogène. Le schéma de l'expérience est reproduit ci-dessous :     Etude de la transformation chimique. A l'instant t=0 s, le ruban de magnésium est mis en contact avec la solution d'acide chlorhydrique. Solution d'acide chlorhydrique : c =0,50 mol/L ; V= 40 mL. Magnésium : m = 0,12 g ; Masse molaire M= 24 g/mol. Volume molaire des gaz dans les conditions de l'expérience : Vm= 24 L/mol. L'équation de la réaction associée à la transformation chimique qui a lieu dans le ballon s'écrit : Mg(s) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2(g). Identifier les couples oxydant / réducteur mis en jeu dans cette réaction. Mg2+(aq) / Mg(s). H+(aq) / H2(g).   A partir des quantités de matière initiales montrer que l'avancement maximal est xmax = 5,0 10-3 mol . avancement (mol) Mg(s) + 2H+(aq) = Mg2+(aq) + H2(g) initial 0 0,12/24 = 5,0 10-3 0,50*40 10-3 =2,0 10-2 0 0 en cours x 5,0 10-3 -x 2,0 10-2-2x x x fin xmax 5,0 10-3 -xmax 2,0 10-2-2xmax xmax xmax   si Mg est en défaut : 5,0 10-3 -xmax =0 soit xmax =5,0 10-3 mol si H+ est en défaut : 2,0 10-2-2xmax =0 soit xmax =1,0 102 mol On retient la plus petite valeur : xmax =5,0 10-3 mol. La figure ci-dessous représente la variation de la valeur du volume de dihydrogène dégagé au cours du temps. Déterminer graphiquement la valeur du volume de dihydrogène à l'état final et en déduire l'avancement final xf de la réaction. La transformation est-elle totale ? Justifier. Le taux d'avancement final t vaut : t = xf/xmax = 1 en conséquence la transformation est totale. acide oxalique et ion permanganate ( 3 points )   On désire connaître la concentration molaire c0 d'une solution de permanganate de potassium. L'ion permanganate est l'oxydant du couple MnO4-/Mn2+. On prépare pour cela une solution incolore d'acide oxalique en dissolvant 5,0 g du solide cristallisé C2H2O4,2H2O dans 100 mL d'eau distillée. On titre ensuite 10 mL de la solution de permanganate de potassium par la solution d'acide oxalique acidifiée. L'acide oxalique est le réducteur du couple CO2/C2H2O4. Ecrire l'équation de la réaction ayant lieu lors du titrage. Déterminer la concentration molaire c1 de la solution d'acide oxalique. Comment peut-on repérer l'équivalence du titrage ? Le volume équivalent est égal à 12 mL. - Faire le tableau d'avancement du système à l'équivalence. - Déterminer la concentration molaire c0 de la solution de permanganate de potassium. C: 12 ; H : 1 ; O : 16 g/mol. corrigé 5 fois {C2H2O4 = 2 CO2+ 2e- + 2H+} 2 fois { MnO4-+ 5e- + 8H+ = Mn2+ + 4 H2O} 5C2H2O4 + 2MnO4-+6H+ =10 CO2+ 2Mn2+ + 8 H2O M[C2H2O4,2H2O]= 2*12+2+4*16+2*18=126 g/mol Qté de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 5/126 =3,97 10-2 mol concentration c1 (mol/L= Qté de matière (mol) / volume de la solution (L) =3,97 10-2/0,1 =0,397 mol/L. l'ion permanganate, la seule espèce colorée, sert d'oxydant et d'indicateur de fin de réaction : avant l'équivalence MnO4- est en excès (couleur violette); après l'équivalence MnO4- est en défaut ( solution incolore) 5C2H2O4 + 2MnO4- +6H+ =10 CO2 + 2Mn2+ + 8 H2O initial C1VE= 0,397*12 10-3 = 4,76 10-3 mol 10-2C0 mol excès 0 0 solvant en grand excès en cours 4,76 10-3-5x 10-2C0 -2x 10x 2x équivalence 4,76 10-3-5xéqui=0 10-2C0 -2xéqui=0 10xéqui 2xéqui 4,76 10-3=5xéqui soit xéqui =4,76 10-3/5 =9,53 10-4 mol 10-2C0 -2xéqui=0 ;C0 = 200xéqui=200*9,53 10-4 =0,19 mol/L.

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