TP 7 La transformation chimique La transformation chimique
Objectifs
Objectifs de la séance :de la séance :
- Savoir décrire un système chimique et son évolution ;
- Écrire l’équation d’une réaction chimique et identifier un réactif limitant.
1. Vocabulaire
On appelle transformation chimique, une transformation (réaction) au cours de laquelle des réactifs (substances présentes au départ) sont consommés pour former des produits nouveaux (substances formées après la transformation).
Complétez le tableau ci-dessous à l’aide des mots suivants : réaction chimique, réactif, produit, système chimique,
état initial, état final, équation de réaction, transformation chimique.
Mélange d’espèces chimiques dont certaines peuvent réagir entre elles et se transformer Système chimique avant la transformation chimique
Système chimique après la transformation chimique
Passage d’un système chimique d’un état initial à un état final
Espèce chimique présente dans l’état initial et qui va être transformée Espèce chimique présente dans l’état final mais pas dans l’état initial
Opération qui permet à une ou plusieurs espèces chimiques (les réactifs) d’être transformées Écriture symbolique de la réaction chimique, indiquant les formules chimiques des réactifs et des produits
2. Précipitation de l’hydroxyde de cuivre (II)
On cherche à analyser la composition d’un mélange après réaction entre des composés introduits dans des proportions variables. La réaction étudiée consomme les ions cuivre (II) Cu2+ et les ions hydroxyde HO pour former un précipité bleu pâle d'hydroxyde de cuivre (II) de formule chimique Cu(OH)2.
Principe :
À une même quantité d’ions Cu2+, on ajoute une quantité d’ions HO croissante. On étudie à chaque fois la composition du mélange après réaction. Les différentes quantités versées seront réparties sur les différents groupes.
Répartition des groupes :
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9
V2 (mL)
(Volume de soude) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Protocole expérimental : (faire un schéma de l’expérience sur le compte rendu)
Remplir la burette avec la solution d’hydroxyde de sodium de concentration c2 = 1,0 mol.L1 et faire le zéro ;
À l’aide d’une burette (ou une éprouvette) graduée, prélevez un volume V1 = 20 mL d’une solution de sulfate (ou nitrate) de cuivre à la concentration c1 = 0,1 mol.L–1 que vous verserez dans un bécher ;
Versez ensuite, à l’aide de la burette, un volume V2 d’hydroxyde de sodium (voir tableau ci-dessus) à la concentration c2 = 1,0 mol.L–1. Agitez légèrement la solution ;
Complétez le tableau page suivante (la colonne correspondant à votre groupe).
Tableau des résultats : (à recopiez et à compléter sur le compte rendu avec les résultats des autres groupes)
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Observation
3. Exploitation des résultats expérimentaux
Protocole expérimental : (faire un schéma de l’expérience sur le compte rendu)
Filtrez la solution obtenue précédemment et complétez la première ligne du tableau ci-dessous ;
Versez 2 mL de la solution de sulfate (ou nitrate) de cuivre à la concentration c1 = 0,1 mol.L–1, à l’aide d’une pipette graduée, dans un tube à essais : elle va servir de témoin ;
Transférez 2 mL de filtrat, à l’aide d’une pipette graduée, dans deux tubes à essais ;
Dans le premier de ces deux tubes à essais, ajoutez 1 mL de solution d’hydroxyde de sodium (test A) ;
Dans le second, ajoutez 1 mL d’une solution de sulfate (ou nitrate) de cuivre (II) de concentration c’1 = 1,0 mol.L1 (test B) ;
Par comparaison avec le tube témoin, notez vos observations dans le tableau ci-dessous.
Tableau des résultats : (à recopiez et à compléter sur le compte rendu avec les résultats des autres groupes)
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Couleur du filtrat
Test A Test B
(Pour les tests, on notera la couleur ou « + » quand il y aura peu de précipité, « ++ » quand la quantité sera plus importante, « +++ », etc.)
Étude de la solution aqueuse de sulfate (nitrate) de cuivre (II) :
La solution aqueuse de sulfate (ou nitrate) de cuivre (II) est obtenue par dissolution de cristaux de sulfate (ou nitrate) de cuivre dans de l’eau distillée. L’équation de la réaction de dissolution s’écrit :
Sulfate de cuivre Nitrate de cuivre
2 2
4( ) ( ) 4( )
CuSO Cu SO
s aq
eau
aq
2 2 2 3
( ) ( )
3 ( )
Cu(NO ) Cu NO
s aq
eau
aq
Cela signifie que si l’on dissout une mole de solide dans l’eau, il se forme une mole d’ions Cu2+.
Étude de la solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (ou « soude ») :
La solution aqueuse d’hydroxyde de sodium est obtenue par dissolution de cristaux d’hydroxyde de sodium dans de l’eau distillée. L’équation de la réaction de dissolution s’écrit :
( ) ( ) ( )
NaOHs eau Naaq HOaq
Cela signifie que si l’on dissout une mole de solide dans l’eau, il se forme une mole d’ions HO.
Solution aqueuse de sulfate (ou nitrate) de cuivre (II) : Q1.
Q1. À partir de la concentration de la solution initiale de sulfate (ou nitrate) de cuivre (c1 = 0,1 mol.L–1), calculer le nombre de mole d’ions Cu2+ présents dans 1 L de cette solution. Vous détaillerez le calcul sur votre compte rendu.
Q2.
Q2. En déduire le nombre de moles n1 d’ions Cu2+ présents dans le prélèvement de V1 = 20 mL de la solution versée dans le bécher au début de l’expérience. Vous détaillerez le calcul sur votre compte rendu.
Solution aqueuse d’hydroxyde de sodium :
Q3.Q3. À partir de la concentration de la solution d’hydroxyde de sodium (c2 = 1,0 mol.L–1), calculer le nombre de moles d’ions HO présents dans 1 L de solution. Vous détaillerez le calcul sur votre compte rendu.
Q4.Q4. En déduire le nombre de moles n2 d’ions HO contenus dans le volume V2, de cette solution, versé dans le bécher dans la première partie de l’expérience. Vous détaillerez votre calcul sur le compte rendu.
Q5.Q5. Compléter le tableau ci-dessous avec les valeurs calculées par les différents groupes.
Exploitation : étude du groupe 4
Q6.Q6. Quelles sont les espèces qui ont réagi et celle(s) qui s’est(se sont) formée(s) ?
Q7.Q7. À partir des résultats expérimentaux de la partie 3, décrire le système chimique du groupe 4.
Q8.Q8. Calculer le rapport n2/n1 pour le groupe 4 et en déduire l’équation de la réaction chimique.
Tableau des résultats : (à recopier et à compléter sur le compte rendu) Question
s
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V2 (mL)
(Volume de soude) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
n2 (mol)
4. Conclusion
En s’aidant des résultats dans les différents tableaux (en particulier le dernier) et les réponses aux questions, expliquer la notion de réactif limitant en prenant pour exemple la transformation chimique étudiée dans cette activité.
CORRECTION CORRECTION
1. Vocabulaire
État initial [Cu2+] = 0,1 mol.L–1
[HO–] = 1 mol.L–1
Système chimique Mélange d’espèces chimiques dont certaines peuvent réagir entre elles et se transformer
état initial Système avant la transformation chimique état final Système après la transformation chimique.
transformation
chimique Passage d’un système d’un état initial à un état final
réactif Espèce chimique présente dans l’état initial et qui est transformée produit Espèce chimique présente dans l’état final mais pas dans l’état initial.
réaction chimique Opération qui permet à une ou plusieurs espèces chimiques (les réactifs) d’être transformées
Équation de réaction Écriture symbolique de la réaction chimique, indiquant les formules des réactifs et des produits.
2. 2. Précipitation de l’hydroxyde de cuivre (II) Précipitation de l’hydroxyde de cuivre (II)
Tableau des résultats :
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Observation
3. Exploitation des résultats expérimentaux
Tableau des résultats :
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Couleur du filtrat
Test A Test B
Réponses aux questions : Q1.
Q1. D’après la concentration de la solution initiale de nitrate de cuivre (c1 = 0,1 mol.L–1), on en déduit le nombre n de mole d’ions Cu2+ présents dans 1 L de cette solution :
n = c1 × V A.N. : n = 0,1 × 1 = 0,1 mol
Q2. S’il y a n = 0,1 mol d’ions CuQ2. 2+ dans 1L de solution, dans V1 = 20 mL il y aura n1 moles d’ions Cu2+ tel que :
n = 0,1 mol
dans V = 1 L de solution n1 dans V1 = 20 mL de
solution
n1 = (n × V1) / V (produit en croix) A.N. : n1 = (0,1 × 0,02) / 1 = 2 × 10–3 mol.
Q3. Même raisonnement que pour la question Q1 mais avec cQ3. 2 = 1,0 mol.L–1 : n = c2 × V
A.N. : n = 1,0 × 1 = 1,0 mol
Q4. Même raisonnement que pour la question Q2 mais avec n = 1,0 mol d’ions HOQ4. ‒ dans 1L de solution : n = 1,0
mol
dans V = 1 L de solution n2 dans V2 de solution
n2 = (n × V2) / V (produit en croix) Exemple de résultat pour le groupe 4 :
n2 = 1,0 × 0,004 = 4,0 × 10–3 mol Q5. Tableau des résultats :Q5.
n1 = 0,1 20 10–3 = 2 10–3 mol
Groupe n° 1 2 3 4 5 6 7 8 9 V2 (mL)
(Volume de soude) 1 2 3 4 5 6 7 8 9
n2 (mol) 1 10–3 2 10–3 3 10–3 4 10–3 5 10–3 6 10–3 7 10–3 8 10–3 9 10–3 Q6. Les espèces chimiques qui ont réagi sont les ions cuivre II (CuQ6. 2+(aq)) et les ions hydroxyde (HO–(aq)) ; celle qui s’est formée et l’hydroxyde de cuivre II (Cu(OH)2(s)).
Q7. Les observations expérimentales du groupe 4 montrent qu’on passe d’un état final (groupe 3) à unQ7.
autre état final (groupe 5), différent. Le groupe 4 correspond à la transition entre les 2. Donc dans ce groupe, on a introduit juste assez d’ions HO‒ pour éliminer tous les ions Cu2+ présents au départ. On obtient ainsi un précipité bleu (hydroxyde de cuivre II). On dit que Cu2+ et HO‒ ont réagit dans des proportions stœchiométriques.
Q8.
Q8. Calcul du rapport n2/n1 pour le groupe 4 :
n2/n1 = 4,0 × 10–3 / 2,0 × 10–3 = 2
Il faut donc deux fois plus d’ions HO‒ que d’ions Cu2+ pour que tous les ions disparaissent.
Donc on peut en déduire les proportions dans lesquelles les ions réagissent :
2
2 2
( ) ( ) ( )
Cu HO Cu(OH)
aq aq s
Cette équation de réaction montre que pour qu’il y ait réaction, il faut deux fois plus d’ions HO‒ que d’ions Cu2+.
4. Conclusion
Un réactif limitant est un réactif qui disparait totalement au cours d’une transformation chimique. Ainsi, il est responsable de l’arrêt de la transformation.
Dans la transformation chimique étudiée dans cette activité, l’ion cuivre II (Cu2+) est le réactif limitant dans la réaction chimique :
Ions cuivre II + ion hydroxyde précipité d’hydroxyde de cuivre II Dont l’équation de réaction est :
2
2 2
( ) ( ) ( )
Cu HO Cu(OH)
aq aq s
Sources de l’activité Sources de l’activité
Activité n°3 p266 (NATHAN 2nd, Collection SIRIUS)
