Exercices Physique Chimie

Réaction de l’Acide Chlorhydrique et du Magnésium

Réaction de l’Acide Chlorhydrique et du Magnésium

Le Magnésium Pétillant : Calcul du Gaz Dégagé

Quand les métaux rencontrent les acides... ça fait des bulles !

Certains métaux, comme le magnésium, réagissent de manière assez vive avec les acides. Lorsqu'on met un morceau de magnésium dans de l'acide chlorhydrique, on observe une effervescence : des bulles de gaz se forment ! Ce gaz est du dihydrogène. C'est une réaction chimique où le magnésium et l'acide se transforment pour donner de nouvelles substances. En utilisant l'équation chimique équilibrée et les masses molaires, on peut calculer la quantité de gaz produite à partir d'une certaine quantité de magnésium.

L'Expérience de M. Lavoisier avec le Magnésium

M. Lavoisier réalise une expérience en faisant réagir un ruban de magnésium (\(Mg\)) avec une solution d'acide chlorhydrique (\(HCl\)). Il observe un dégagement gazeux de dihydrogène (\(H_2\)) et la formation de chlorure de magnésium (\(MgCl_2\)) en solution.

Informations et données utiles :

  • Masse de magnésium (\(Mg\)) utilisée : \(2,4 \, \text{grammes (g)}\).
  • L'équation (non équilibrée au départ) de la réaction est :
    \[ Mg\text{(s)} + HCl\text{(aq)} \rightarrow MgCl_2\text{(aq)} + H_2\text{(g)} \]
  • Masses molaires atomiques :
    • Magnésium (Mg) : \(M(Mg) = 24 \, \text{g/mol}\)
    • Hydrogène (H) : \(M(H) = 1 \, \text{g/mol}\)
  • Dans les conditions de l'expérience, le volume molaire d'un gaz (\(V_m\)) est de \(24 \, \text{litres par mole (L/mol)}\).
Schéma : Réaction entre le magnésium et l'acide chlorhydrique
Acide + Magnésium H₂ dégagé Vol = ? Dégagement de dihydrogène

Le magnésium réagit avec l'acide en produisant des bulles de dihydrogène.

Questions à traiter

  1. Quels sont les réactifs et les produits de cette réaction chimique ?
  2. Équilibre l'équation chimique : \( Mg\text{(s)} + HCl\text{(aq)} \rightarrow MgCl_2\text{(aq)} + H_2\text{(g)} \).
  3. Quelle est la masse molaire atomique du magnésium (\(M(Mg)\)) donnée dans l'énoncé ?
  4. Calcule la quantité de matière (nombre de moles) de magnésium (\(n(Mg)\)) contenue dans les \(2,4 \, \text{g}\) utilisés. (Rappel : \(n = m/M\)).
  5. En utilisant l'équation chimique équilibrée, détermine la quantité de matière (nombre de moles) de dihydrogène (\(n(H_2)\)) produite lorsque les \(2,4 \, \text{g}\) de magnésium réagissent complètement.
  6. Sachant que le volume molaire des gaz (\(V_m\)) est de \(24 \, \text{L/mol}\) dans les conditions de l'expérience, calcule le volume de dihydrogène (\(V(H_2)\)) dégagé. (Rappel : \(V_{\text{gaz}} = n_{\text{gaz}} \times V_m\)).
  7. Si on voulait produire \(0,5 \, \text{mol}\) de dihydrogène, quelle masse de magnésium faudrait-il utiliser ?

Correction : Le Magnésium Pétillant

Question 1 : Réactifs et Produits

Réponse :
  • Les réactifs sont : le magnésium (\(Mg\)) et l'acide chlorhydrique (\(HCl\)).
  • Les produits sont : le chlorure de magnésium (\(MgCl_2\)) et le dihydrogène (\(H_2\)).

Question 2 : Équilibrage de l'équation chimique

Équation non équilibrée :
\[ Mg\text{(s)} + HCl\text{(aq)} \rightarrow MgCl_2\text{(aq)} + H_2\text{(g)} \]
Comptage des atomes :
  • Réactifs : Mg: 1, H: 1, Cl: 1
  • Produits : Mg: 1, Cl: 2, H: 2

Le magnésium est équilibré. Il y a 1 H à gauche et 2 H à droite. Il y a 1 Cl à gauche et 2 Cl à droite. Pour équilibrer H et Cl, on place un coefficient 2 devant HCl.

Équation équilibrée :
\[ Mg\text{(s)} + \mathbf{2}HCl\text{(aq)} \rightarrow MgCl_2\text{(aq)} + H_2\text{(g)} \]

Vérification : Réactifs (Mg:1, H:2, Cl:2), Produits (Mg:1, Cl:2, H:2). L'équation est équilibrée.

Question 3 : Masse molaire atomique du Magnésium (\(M(Mg)\))

Réponse :

D'après l'énoncé, la masse molaire atomique du magnésium est \(M(Mg) = 24 \, \text{g/mol}\).

Question 4 : Quantité de matière (moles) de Magnésium (\(n(Mg)\))

Données :
  • Masse de \(Mg\) (\(m\)) : \(2,4 \, \text{g}\)
  • Masse molaire de \(Mg\) (\(M\)) : \(24 \, \text{g/mol}\)
Formule : \(n = m/M\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n(Mg) &= \frac{2,4 \, \text{g}}{24 \, \text{g/mol}} \\ &= 0,1 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 4 : Il y a \(0,1 \, \text{mol}\) de magnésium dans \(2,4 \, \text{g}\).

Question 5 : Quantité de matière (moles) de Dihydrogène (\(n(H_2)\)) produite

Principe :

L'équation équilibrée est \(Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\).

Les coefficients stœchiométriques nous disent que pour 1 mole de \(Mg\) qui réagit, il se forme 1 mole de \(H_2\). Le rapport est donc de 1 pour 1.

Donc, \(n(H_2)_{\text{produit}} = n(Mg)_{\text{consommé}}\).

Calcul :
\[ n(H_2) = 0,1 \, \text{mol} \]
Résultat Question 5 : La réaction produit \(0,1 \, \text{mol}\) de dihydrogène (\(H_2\)).

Quiz Intermédiaire 1 : Dans la réaction \(N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3\), si \(1 \, \text{mol}\) de \(N_2\) réagit, combien de moles de \(NH_3\) sont formées ?

Question 6 : Volume de Dihydrogène (\(V(H_2)\)) dégagé

Données :
  • Quantité de matière de \(H_2\) (\(n(H_2)\)) : \(0,1 \, \text{mol}\)
  • Volume molaire des gaz (\(V_m\)) : \(24 \, \text{L/mol}\)
Formule : \(V_{\text{gaz}} = n_{\text{gaz}} \times V_m\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} V(H_2) &= n(H_2) \times V_m \\ &= 0,1 \, \text{mol} \times 24 \, \text{L/mol} \\ &= 2,4 \, \text{L} \end{aligned} \]
Résultat Question 6 : Le volume de dihydrogène (\(H_2\)) dégagé est de \(2,4 \, \text{L}\).

Question 7 : Masse de Magnésium pour produire \(0,5 \, \text{mol}\) de \(H_2\)

Principe :

D'après l'équation équilibrée \(Mg + 2HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2\), pour produire \(1 \, \text{mol}\) de \(H_2\), il faut \(1 \, \text{mol}\) de \(Mg\). Donc, pour produire \(0,5 \, \text{mol}\) de \(H_2\), il faudra \(0,5 \, \text{mol}\) de \(Mg\).

\(n(Mg)_{\text{nécessaire}} = n(H_2)_{\text{à produire}} = 0,5 \, \text{mol}\).

Données :
  • Quantité de matière de \(Mg\) (\(n(Mg)\)) : \(0,5 \, \text{mol}\)
  • Masse molaire de \(Mg\) (\(M(Mg)\)) : \(24 \, \text{g/mol}\)
Formule : \(m = n \times M\)
Calcul :
\[ \begin{aligned} m(Mg) &= n(Mg) \times M(Mg) \\ &= 0,5 \, \text{mol} \times 24 \, \text{g/mol} \\ &= 12 \, \text{g} \end{aligned} \]
Résultat Question 7 : Pour produire \(0,5 \, \text{mol}\) de dihydrogène, il faudrait utiliser \(12 \, \text{g}\) de magnésium.

Quiz Intermédiaire 2 : Le volume molaire d'un gaz est :

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Dans une équation chimique équilibrée, le nombre total d'atomes de chaque élément :

2. Si la masse molaire du Fer (Fe) est \(56 \, \text{g/mol}\), la masse de \(0,5 \, \text{mol}\) de Fer est :

3. Le volume molaire des gaz (\(V_m\)) est utilisé pour convertir :

Glossaire

Réaction Chimique
Transformation de substances (réactifs) en de nouvelles substances (produits).
Équation Chimique Équilibrée
Représentation d'une réaction où le nombre d'atomes de chaque élément est conservé.
Réactif
Substance de départ d'une réaction.
Produit
Substance formée lors d'une réaction.
Coefficient Stœchiométrique
Nombre devant une formule chimique dans une équation équilibrée, indiquant les proportions en moles.
Masse Molaire (M)
Masse d'une mole d'une substance (g/mol).
Mole (mol)
Unité de quantité de matière.
Quantité de matière (n)
Nombre de moles d'une substance. \(n = m/M\).
Volume Molaire d'un gaz (\(V_m\))
Volume occupé par une mole de gaz dans des conditions données (souvent \(24 \, \text{L/mol}\) à température et pression ambiantes).
Dihydrogène (\(H_2\))
Gaz inflammable, souvent produit par la réaction d'un acide sur certains métaux.
Acide Chlorhydrique (\(HCl\))
Solution aqueuse d'un acide fort.
Magnésium (\(Mg\))
Métal qui réagit avec les acides.
Réaction de l’Acide Chlorhydrique et du Magnésium - Exercice d'Application

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