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12 • Avancement de réaction – Équation stœchiométrique
Réactions hétérogènes produisant un gaz
Exercice 12.29
Dans un réacteur dont le volume intérieur est
1,7 litre on introduit 3,82 g d’un alliage de
zinc et de cuivre (laiton), puis 120 mL d’une
solution d’acide chlorhydrique à 1 mol.L –1 .
Aussitôt après le réacteur est fermé hermétiquement et mis en relation avec un manomètre à mercure (cf. schéma). La température
ambiante est 18 °C.
L’acide chlorhydrique attaque seulement le
zinc ; l’équation stœchiométrique de cette réaction s’écrit :
Zn(s) ϩ 2H ϩ (aq) ϭ Zn 2ϩ (aq) ϩ H 2 (g).
On observe que la pression dans le réacteur augmente, puis se stabilise. Après
retour à la température initiale (la réaction produit un échauffement) la dénivellation entre les deux branches du manomètre est 20 cm.
Peut-on en déduire la composition de l’alliage (% en masse de Zn et Cu) ?
Solution
■ Quelques questions pour vous aider à mieux saisir le problème dans sa réalité
physique (avant tout essai de calcul !) :
– A priori, en quoi la composition de l’alliage et la pression finale dans le réacteur ontelles un rapport ?
– Qu’y a-t-il, au départ, dans la phase gazeuse, à l’intérieur du réacteur ? Qu’y a-t-il à
la fin de la réaction ? À quoi correspond la différence entre les pressions initiale et
finale ? Connaît-on ces deux pressions ?
L’idée directrice est que la quantité de dihydrogène H 2 , produite est indicative de la quantité de
zinc présente dans l’échantillon d’alliage, et qu’elle peut être déduite de l’augmentation de pression observée.
Au départ, la phase gazeuse du réacteur contient de l’air et de la vapeur d’eau, sous une pression
totale p o égale à la pression atmosphérique du moment (inconnue). Après la réaction, elle
contient toujours la même quantité d’air et de vapeur d’eau, plus le dihydrogène produit, sous
une pression totale p tot également inconnue mais qu’on sait égale à p o ϩ 20 cm de mercure.
Puisque seule la quantité de H 2 a varié, la modification de la pression est entièrement attribuable
à cette variation. Ces 20 cm de mercure représentent la pression partielle p de H 2 dans le réacteur, et c’est la seule donnée nécessaire.
Il s’agit en somme, tout simplement, de déterminer la quantité n de H 2 par la relation pV ϭ nRT,
mais les données concernant p et V ne sont pas directement utilisables.
• Pression : 76 cm de mercure équivalent à 101 325 Pa ; 20 cm de mercure représentent 20 cm/
76 cm ϫ 101 325 Pa ϭ 2,666.10 4 Pa.
HCl
laiton
12 • Avancement de réaction – Équation stœchiométrique
Réactions hétérogènes produisant un gaz
Exercice 12.29
Dans un réacteur dont le volume intérieur est
1,7 litre on introduit 3,82 g d’un alliage de
zinc et de cuivre (laiton), puis 120 mL d’une
solution d’acide chlorhydrique à 1 mol.L –1 .
Aussitôt après le réacteur est fermé hermétiquement et mis en relation avec un manomètre à mercure (cf. schéma). La température
ambiante est 18 °C.
L’acide chlorhydrique attaque seulement le
zinc ; l’équation stœchiométrique de cette réaction s’écrit :
Zn(s) ϩ 2H ϩ (aq) ϭ Zn 2ϩ (aq) ϩ H 2 (g).
On observe que la pression dans le réacteur augmente, puis se stabilise. Après
retour à la température initiale (la réaction produit un échauffement) la dénivellation entre les deux branches du manomètre est 20 cm.
Peut-on en déduire la composition de l’alliage (% en masse de Zn et Cu) ?
Solution
■ Quelques questions pour vous aider à mieux saisir le problème dans sa réalité
physique (avant tout essai de calcul !) :
– A priori, en quoi la composition de l’alliage et la pression finale dans le réacteur ontelles un rapport ?
– Qu’y a-t-il, au départ, dans la phase gazeuse, à l’intérieur du réacteur ? Qu’y a-t-il à
la fin de la réaction ? À quoi correspond la différence entre les pressions initiale et
finale ? Connaît-on ces deux pressions ?
L’idée directrice est que la quantité de dihydrogène H 2 , produite est indicative de la quantité de
zinc présente dans l’échantillon d’alliage, et qu’elle peut être déduite de l’augmentation de pression observée.
Au départ, la phase gazeuse du réacteur contient de l’air et de la vapeur d’eau, sous une pression
totale p o égale à la pression atmosphérique du moment (inconnue). Après la réaction, elle
contient toujours la même quantité d’air et de vapeur d’eau, plus le dihydrogène produit, sous
une pression totale p tot également inconnue mais qu’on sait égale à p o ϩ 20 cm de mercure.
Puisque seule la quantité de H 2 a varié, la modification de la pression est entièrement attribuable
à cette variation. Ces 20 cm de mercure représentent la pression partielle p de H 2 dans le réacteur, et c’est la seule donnée nécessaire.
Il s’agit en somme, tout simplement, de déterminer la quantité n de H 2 par la relation pV ϭ nRT,
mais les données concernant p et V ne sont pas directement utilisables.
• Pression : 76 cm de mercure équivalent à 101 325 Pa ; 20 cm de mercure représentent 20 cm/
76 cm ϫ 101 325 Pa ϭ 2,666.10 4 Pa.
HCl
laiton