DM de chimie sur l'avancement Exercice 1 : On réalise le mélange ...

DM de chimie sur l'avancement


Exercice 1 :

On réalise le mélange de mAl = 2,0 g d'aluminium en poudre et de ms = 3,0 g
de soufre en fleur. On chauffe le mélange sur une brique en terre
réfractaire. L'équation de la réaction est la suivante :
2 Al + 3 S ( A12S3
1) Calculer les quantités de matière initiales d'aluminium et de soufre.
2) Dresser le tableau d'avancement de la réaction et déterminer la valeur
xmax de l'avancement maximal.
3) Calculer la masse de sulfure d'aluminium A12S3 formé.
4) Calculer la masse de l'excès de réactif.
Données : M(Al) = 27 g.mol-1 M(S) = 32 g.mol-1

Exercice 2 :

Une masse m = 2,7g de poudre d'aluminium (Al (S)) réagit avec un volume V =
100 mL d'acide sulfurique H2SO4 de concentration C = 2 mol.L-1 selon la
réaction suivante :
2Al (S) + 6H+(aq) ( 2Al3+(aq) + 3H2 (g)
La réaction a lieu sous une température T = 20 °C et une pression P =
1,013.105 Pa.
(L'addition de Al ne change pas le volume de la solution)
1) Quelle est la concentration en ions H+ de la solution d'acide
sulfurique ?
2) Calculer les quantités de matière des réactifs initialement présents.
3) Dresser un tableau permettant de suivre l'évolution du système au cours
de la transformation chimique en utilisant l'avancement. En déduire le
réactif limitant ? (Justifier votre réponse).
4) En déduire le volume de gaz dégagé à la fin de la réaction.
5) Quelle est la concentration en ions Al3+ de la solution à la fin de la
réaction ?
Données : M(Al) = 27 g.mol-1 constante des gaz parfait : R = 8,314 USI


Exercice 3 :

L'aluminium réagit avec le soufre pour donner de sulfure d'aluminium
(Al2S3).
1) Ecrire l'équation bilan de la réaction.
2) On a obtenue 5,0 g de sulfure d'aluminium.Quelle est la quantité de
matière de Al2S3 formé ?
3) Quelles sont les quantités de matière de réactifs nécessaires à cette
synthèse ? (aidez vous d'un tableau d'avancement).
(tous les réactifs ont réagi ; ils n'en restent donc plus à l'état final)
4) Quelles sont les masses de réactifs nécessaires à cette synthèse ?


Exercice 4 :

On mélange 100 mL de solution de chlorure de calcium Ca2+(aq) + 2Cl-(aq) et
100 mL de solution de nitrate d'argent Ag+(aq) + NO3-(aq). Les deux
solutions ont même concentration molaire en soluté apporté C = CCaCl2 =
CAgNO3 = 1,0.10-2 mol.L-1. Les ions Ag+(aq) et Cl-(aq) précipitent pour
donner du chlorure d'argent.
1) Ecrire l'équation de précipitation.
2) Calculer les concentrations des ions mis en présence Ag+(aq) et Cl-(aq)
à l'état initial.
3) Calculer les quantités de matière des réactifs Ag+(aq) et Cl-(aq) à
l'état initial.
4) Établir le tableau d'avancement de la réaction de précipitation.
5) Quelle est la masse de précipité obtenue dans l'état final du système ?
6) Quelles sont les concentrations effectives des ions en solution dans
l'état final du système ?
Correction du dm de chimie

Exercice 1 :

1) nAl = mAl/MAl = 2,0/27 = 7,4.10-2 mol.
nS = mS/MS = 3,0/32 = 9,4.10-2 mol.
2)
| | | 2 Al + |
| | |3 S ( A12S3 |
| |avancement |nAl (mol) |nS (mol) |nAl2S3 (mol) |
|Etat |0 |7,4.10-2 |9,4.10-2 |0 |
|initial | | | | |
|Etat |x |7,4.10-2 - 2x |9,4.10-2 - 3x |x |
|intermédiai| | | | |
|re | | | | |
|Etat final |xmax |7,4.10-2 - |0 |3,1.10-2 |
| | |2x3,1.10-2 = | | |
| | |1,2.10-2 | | |


Réactif limitant :
Si Al est le réactif limitant, 7,4.10-2 - 2xmax = 0 donc xmax = 7,4.10-2/2
= 3,7.10-2 mol.
Si S est le réactif limitant, 9,4.10-2 - 3xmax = 0 donc xmax = 9,4.10-2/3 =
3,1.10-2 mol.
S est le réactif limitant et l'avancement maximal est 3,1.10-2 mol.
3) m(A12S3) = n(A12S3) x M(A12S3) = 3,1.10-2 x (2 x 27+3 x 32) = 4,6g
4) Le réactif en excès est l'aluminium.
nAl restant = nAl à l'état final x MAl = 1,2.10-2 x 27 = 0,32g.


Exercice 2 :

1) D'après la st?chiométrie de l'équation de dissolution de H2SO4 : H2SO4 (
2H+ + SO42- ,
[H+] = 2 C(H2SO4) = 2 x 2 = 4 mol.L-1.
2) n(H+) = [H+] x V = 4 x 100.10-3 = 0, 4 mol
n (Al) = [pic].
3)
|Etat |Avancement| 2 Al + 6 H+ |
| | |( 2 Al3+ + 3 H2 |
|Etat initial|0 |0,1 |0, 4 |0 |0 |
|Etat |x |0,1- 2x |0, 4 - 6x |2x |3x |
|intermédiair| | | | | |
|e | | | | | |
|Etat final |xmax = |0 |0, 4 - 6 x |2 x 5.10-2 =|3 x 5.10-2 = |
| |0,05 | |5.10-2 = 0,1| | |
| | | |mol |0,1 mol |0,15 mol |


Si Al est le réactif limitant alors 0,1 - 2x = 0 et xmax = 0,1/2 = 5.10-2
mol ;
Si H+ est le réactif limitant alors 0,4 - 6x = 0 et xmax = 0,4/6 = 6,7.10-2
mol.
Comme xmax (Al) < xmax (H+) alors Al est le réactif limitant.
4) PV = nRT donc V = [pic].
5) [Al3+] = [pic]

Exercice 3 :

1) 2 Al + 3 S ( A12S3
2) n A12S3 formé = m A12S3 formé / M A12S3 = 5/(2 x 27+3 x 32) = 3,3.10-2
mol.
3)
| | | 2 Al + |
| | |3 S ( A12S3 |
| |avancement |nAl (mol) |nS (mol) |nAl2S3 (mol) |
|Etat |0 |nAl? |nS? |0 |
|initial | | | | |
|Etat |x |nAl? - 2x |nS? - 3x |x |
|intermédiai| | | | |
|re | | | | |
|Etat final |xmax |0 |0 |xmax = |
| | | | |3,3.10-2 |


On voit d'après le tableau que xmax = 3,3.10-2 mol.
Comme il ne reste plus de Al à la fin de la transformation, on a nAl -
2xmax = 0 donc nAl = 2xmax = 2 x 3,3.10-2 = 6,6.10-2 mol.
Comme il ne reste plus de S à la fin de la transformation, on a nSl - 3xmax
= 0 donc nS = 3xmax = 3 x 3,3.10-2 = 9,9.10-2 mol.

Les quantités de matière de réactifs nécessaires à cette synthèse sont donc
nAl = 6,6.10-2 mol et nS = 3xmax = 9,9.10-2 mol.

3) mAl = nAl x MAl = 6,6.10-2 x 27 = 1,8g
mS = nS x MS = 9,9.10-2 x 32 = 3,2g

Exercice 4 :

1) Ag+ + Cl- ( AgCl
2) D'après l'équation de dissolution : AgNO3 ( Ag+ + NO3-
[Ag+] = CAgNO3 = 1,0.10-2mol.L-1.
D'après l'équation de dissolution : CaCl2 ( Ca2+ + 2Cl-
[Cl-] = 2CCaCl2 = 2 x 1,0.10-2 = 2,0.10-2mol.L-1

3) nAg+ = [Ag+] x V = 1,0.10-2 x 100.10-3 = 1,0.10-3mol.
NCl- = [Cl-] x V = 2,0.10-2 x 100.10-3 = 2,0.10-3mol.

4)
| | | Ag+ + |
| | |Cl- ( AgCl |
| |avancement |nAg+ (mol) |nCl- (mol) |nAgCl (mol) |
|Etat |0 |1,0.10-3 |2,0.10-3 |0 |
|initial | | | | |
|Etat |x |1,0.10-3 -x |2,0.10-3- x |x |
|intermédiai| | | | |
|re | | | | |
|Etat final |xmax = |0 |2,0.10-3-1,0.10-3|1,0.10-3 |
| |1,0.10-3 | |= 1,0.10-3 | |
| |mol | | | |


Réactif limitant :
Si Ag+ est le réactif limitant alors 1,0.10-3 -x = 0 et xmax = 1,0.10-3
mol ;
Si Cl- est le réactif limitant alors 2,0.10-3- x = 0 et xmax = 2,0.10-3
mol.
Donc Ag+ est le réactif limitant.

5) mAgCl = nAgCl x MAgCl = 1,0.10-3 x (107,9 + 35,5) = 1,4.10-1g
6) [Ag+] = 0
[Cl-] = nCl-/Vtotal = 1,0.10-3/200.10-3 = 5.10-4mol.L-1
[NO3-] = nNO3-/Vtotal = nAgNO3-/Vtotal = CAgNO3V/Vtotal = 1,0.10-2 x 100.10-
3/200.10-3 = 5.10-4mol.L-1
[Ca2+] = nCa2+/Vtotal = nCaCl2-/Vtotal = CCACl2V/Vtotal = 1,0.10-2 x 100.10-
3/200.10-3 = 5.10-4mol.L-1