12.30 Réactions hétérogènes produisant un gaz
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
• Volume : le volume de la phase gazeuse dans le réacteur n’est pas 1,7 L mais 1,7 L – 0,12 L ϭ
1,58 L ϭ 1.58.10 –3 m 3 . En effet la solution aqueuse occupe 0,12 L et on ne peut que supposer
que ce volume ne varie pas du fait de la réaction. En toute rigueur, il faudrait tenir compte
aussi du volume de l’alliage, ainsi que de l’accroissement du volume dû à la descente du
mercure dans la branche du manomètre relié au réacteur. Mais ces corrections sont négligeables devant la précision des données.
La quantité de dihydrogène produite est donc :
Comme 1 mole de zinc donne 1 mole de dihydrogène, l’échantillon d’alliage contenait 1,74.10 –2
mol de zinc (M ϭ 65,4 g.mol –1 ). Il y correspond 1,74.10 –2 mol ϫ 65,4 g.mol –1 ϭ 1,14 g, et la
proportion de zinc dans l’alliage est 1,14 g / 3,82 g ϭ 0,30 (30 %). Par différence, la proportion
de cuivre est 100 % – 30 % ϭ 70 %.
■ L’énoncé contient la concentration de la solution acide. Est-ce une information inutile
(parasite), ou une donnée à laquelle on peut donner un sens ?
Pour que la méthode d’analyse utilisée ici soit valable, il faut être certain qu’on a introduit une
quantité d’acide chlorhydrique suffisante pour dissoudre tout le zinc de l’échantillon. Comment
en être sûr ?
Il faut faire l’hypothèse que l’alliage puisse être constitué presque uniquement de zinc, et
calculer la quantité d’acide nécessaire pour dissoudre la totalité de ce zinc. Si l’échantillon était
constitué de zinc pur, il en contiendrait 3,82 g / 65,4 g.mol –1 ϭ 5,84.10 –2 mol, et la quantité
d’acide nécessaire pour le dissoudre serait 5,84.10 –2 mol ϫ 2 ϭ 1,17.10 –1 mol. Cette quantité est
contenue dans 117 mL d’une solution à 1mol.L –1 , de sorte que les 120 mL utilisés seraient,
même en ce cas, suffisants.
Exercice 12.30
On réalise la réaction dont l’équation stœchiométrique s’écrit :
CaCO 3 (s) ϩ 2 H ϩ (aq) ϭ Ca 2ϩ (aq) ϩ CO 2 (g)
avec 15 g de carbonate de calcium et 150 mL d’une solution d’acide chlorhydrique à 2 mol.L –1 . On utilise pour cela un réacteur dont le volume à vide est
1,75 L initialement plein d’air à la pression atmosphérique du moment,
980 millibars. Ce réacteur est équipé d’une soupape réglée pour s’ouvrir si la
pression intérieure dépasse de 2 bars la pression extérieure. La température
est maintenue égale à 22 °C.
Décrivez ce qui va se passer, avec autant de précision que possible, qualitativement et quantitativement.
Solution
La première question à se poser est évidemment de savoir si la soupape va s’ouvrir
(on peut se douter qu’elle doit s’ouvrir, sinon le problème n’aurait pas beaucoup
d’intérêt…, mais encore faut-il le vérifier).
n
pV
RT
------ -
2,666.10
4 Pa 1,58.10
–3 m
3
×
8,314 JK
–1 mol
–1 291 K
×
------------------------------------------------------------------ -
1,74.10
–2 mol
=
=
=
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
• Volume : le volume de la phase gazeuse dans le réacteur n’est pas 1,7 L mais 1,7 L – 0,12 L ϭ
1,58 L ϭ 1.58.10 –3 m 3 . En effet la solution aqueuse occupe 0,12 L et on ne peut que supposer
que ce volume ne varie pas du fait de la réaction. En toute rigueur, il faudrait tenir compte
aussi du volume de l’alliage, ainsi que de l’accroissement du volume dû à la descente du
mercure dans la branche du manomètre relié au réacteur. Mais ces corrections sont négligeables devant la précision des données.
La quantité de dihydrogène produite est donc :
Comme 1 mole de zinc donne 1 mole de dihydrogène, l’échantillon d’alliage contenait 1,74.10 –2
mol de zinc (M ϭ 65,4 g.mol –1 ). Il y correspond 1,74.10 –2 mol ϫ 65,4 g.mol –1 ϭ 1,14 g, et la
proportion de zinc dans l’alliage est 1,14 g / 3,82 g ϭ 0,30 (30 %). Par différence, la proportion
de cuivre est 100 % – 30 % ϭ 70 %.
■ L’énoncé contient la concentration de la solution acide. Est-ce une information inutile
(parasite), ou une donnée à laquelle on peut donner un sens ?
Pour que la méthode d’analyse utilisée ici soit valable, il faut être certain qu’on a introduit une
quantité d’acide chlorhydrique suffisante pour dissoudre tout le zinc de l’échantillon. Comment
en être sûr ?
Il faut faire l’hypothèse que l’alliage puisse être constitué presque uniquement de zinc, et
calculer la quantité d’acide nécessaire pour dissoudre la totalité de ce zinc. Si l’échantillon était
constitué de zinc pur, il en contiendrait 3,82 g / 65,4 g.mol –1 ϭ 5,84.10 –2 mol, et la quantité
d’acide nécessaire pour le dissoudre serait 5,84.10 –2 mol ϫ 2 ϭ 1,17.10 –1 mol. Cette quantité est
contenue dans 117 mL d’une solution à 1mol.L –1 , de sorte que les 120 mL utilisés seraient,
même en ce cas, suffisants.
Exercice 12.30
On réalise la réaction dont l’équation stœchiométrique s’écrit :
CaCO 3 (s) ϩ 2 H ϩ (aq) ϭ Ca 2ϩ (aq) ϩ CO 2 (g)
avec 15 g de carbonate de calcium et 150 mL d’une solution d’acide chlorhydrique à 2 mol.L –1 . On utilise pour cela un réacteur dont le volume à vide est
1,75 L initialement plein d’air à la pression atmosphérique du moment,
980 millibars. Ce réacteur est équipé d’une soupape réglée pour s’ouvrir si la
pression intérieure dépasse de 2 bars la pression extérieure. La température
est maintenue égale à 22 °C.
Décrivez ce qui va se passer, avec autant de précision que possible, qualitativement et quantitativement.
Solution
La première question à se poser est évidemment de savoir si la soupape va s’ouvrir
(on peut se douter qu’elle doit s’ouvrir, sinon le problème n’aurait pas beaucoup
d’intérêt…, mais encore faut-il le vérifier).
n
pV
RT
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2,666.10
4 Pa 1,58.10
–3 m
3
×
8,314 JK
–1 mol
–1 291 K
×
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1,74.10
–2 mol
=
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