aurélie juin 2001

magnésium et acide chlorhydrique

coefficients stœchiométriques d’une réaction.

 
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réaction chimique

Matériel :

Une balance électronique au 1/100g; un ballon à fond plat de 250 mL, un bouchon percé d’un trou muni d’un tube de verre, un aimant droit et un barreau aimanté, une éprouvette graduée de 50 mL et une de 500mL, une règle graduée de 1m, du ruban de magnésium bien décapé au papier de verre, de l’acide chlorhydrique molaire, un capteur de pression relié au bouchon par un tube souple.

Mode opératoire :

  • Mesurer le volume utile du ballon : repérer avec un feutre la position du bouchon, puis remplir le ballon d’eau jusqu’à ce trait et mesurer le volume avec l’éprouvette de 500mL.Nous avons mesuré : 220 mL
  • Mesurer la longueur L de tubulure, tube de verre et tuyau souple.( la mesure donne 40 cm). Le diamètre intérieur est de 4 mm.
  • Nous avons pesé une longueur de 75 cm de ruban de magnésium : sa masse est : 0,6g. Nous avons découper 4 cm de ruban de magnésium.
  • Mesurer puis verser 20 mL d’acide chlorhydrique dans le ballon.
  • Entortiller le ruban de magnésium autour du barreau aimanté; l’introduire dans le ballon en le retenant contre la paroi supérieure du ballon avec l’aimant, tenu contre la paroi à l’extérieur du ballon.
  • Le ballon est bouché, on éloigne l'aimant, le magnésium tombe dans l'acide.
  • Mesure de la pression finale du gaz contenu dans le ballon Pf = 1150 hPa alors que la pression initiale était 1000 hPa.
  • La température est restée au voisinagge de 22°C, la réaction, dans ces conditions, libérant peu de chaleur.

Questions :

  1. Ecrire l'équation de la réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique
  2. Déterminer le volume du tube de verre et du tuyau. En déduire le volume du gaz.
  3. Quelle est la quantité de matière de ce gaz?
  4. Déterminer la masse puis la quantité de matière (mol) de magnésium. masse molaire Mg=24 g/mol
  5. Quel est le réactif limitant?
  6. Conclure.
corrigé

section du tube de 4 mm de diamètre :

3,14 * 2*2*10-6 = 1,256 10-5 m²

volume de ce tube de longueur 0,4 m :

0,4 * 1,256 10-5 = 5 10-6 m3 =5 mL

le volume du gaz est égal au volume utile du ballon, diminué du volume d'acide versé, augmenté du volume du tube de verre :

220-20+5 = 205 mL = 2,05 10 -4 m3.

La température du gaz est : 273 +22 = 295 K

Quantité de matière du dihydrogène :

au départ le ballon contient n 1 mol d'air : n1 = P0V / (RT)

à la fin du dégagement le ballon contient l'air initial et le dihydrogène ( n2 mol en tout)

n2= PfV / (RT)

d'où la quantité de matière de dihydrogène : n = n2-n1

n = (Pf-P0) V / (RT)

Pf-P0 =1150-1000 = 150 hPa = 1,5 104 Pa

V= 2,05 10-4 m3 ; T=295K et R = 8,3 J K-1 mol-1.

n = 1,5 104 * 2,05 10-4 / ( 8,31 *295)= 1,26 mmol H2.

masse de magnésium : 4*0,6 /75 = 0,032 g

Quantité de matière de magnésium : 0,032 / 24 = 1,33 mmol

Quantité de matière d'acide chlorhydrique : 1*0,020 = 0,02 mol ou 20 mmol.

équation de la réaction : Mg + 2H3O+ donne Mg2+ + H2.
acide chlorhydrique
magnésium
dihydrogène
départ
20 mmol
1,33 mmol
0
en cours
20-2x
1,33-x
x
fin
20-2*1,33

=17,34 mmol
0
1,33 mmol
le réactif limitant est le magnésium.

conclusion : il y a bien une mole de H2 pour une mole de Mg comme l'indique l'équation de la réaction

. L'écart 1,33-1,26 = 0,07 mmol est de l'ordre de : 0,07*100/1,3 voisin de 5%. Cet écart peut être expliqué par des erreurs expérimentales.

 

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