Neutralisation d’une marée acide

\(M(H_2SO_4) = 2 \times M(H) + M(S) + 4 \times M(O)\).

Données :

• \(M(H) = 1.0 \text{ g/mol}\)
• \(M(S) = 32.1 \text{ g/mol}\)
• \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

\(M(CaCO_3) = M(Ca) + M(C) + 3 \times M(O)\).

Données :

• \(M(Ca) = 40.1 \text{ g/mol}\)
• \(M(C) = 12.0 \text{ g/mol}\)
• \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

On utilise \(n = C \cdot V\). Le volume doit être en Litres.

Données :

• \(C_{H_2SO_4} = 0.20 \text{ mol/L}\)
• \(V_{acide} = 500 \text{ L}\)

D'après l'équation bilan : \(H_2SO_4(aq) + CaCO_3(s) \longrightarrow CaSO_4(s) + H_2O(l) + CO_2(g)\). Les coefficients stœchiométriques de \(H_2SO_4\) et \(CaCO_3\) sont tous les deux de 1. Donc, pour neutraliser complètement l'acide, il faut une quantité de matière de \(CaCO_3\) égale à celle de \(H_2SO_4\).

Donnée :

• \(n_{H_2SO_4,i} = 100 \text{ mol}\)

On utilise \(m = n \cdot M\).

Données :

• \(n_{CaCO_3,nec} = 100 \text{ mol}\)
• \(M(CaCO_3) = 100.1 \text{ g/mol}\)

Conversion en kilogrammes (\(1 \text{ kg} = 1000 \text{ g}\)) :

D'après l'équation bilan, 1 mole de \(H_2SO_4\) (ou de \(CaCO_3\), car ils réagissent mole à mole) produit 1 mole de \(CO_2\). Comme l'acide sulfurique et le carbonate de calcium sont introduits en proportions stœchiométriques pour une neutralisation complète, l'avancement maximal \(x_{max}\) est égal à la quantité initiale de chacun (divisée par leur coefficient 1). \(x_{max} = 100 \text{ mol}\). La quantité de \(CO_2\) formée est \(n_{CO_2,f} = x_{max}\).

On utilise \(V_{gaz} = n_{gaz} \cdot V_m\).

Données :

• \(n_{CO_2,f} = 100 \text{ mol}\)
• \(V_m = 25.0 \text{ L/mol}\)

Conversion en mètres cubes (\(1 \text{ m}^3 = 1000 \text{ L}\)) :

L'énoncé mentionne "chlorure de calcium" mais la réaction avec l'acide sulfurique produit du *sulfate de calcium* (\(CaSO_4\)). Nous allons calculer la masse de sulfate de calcium. D'après l'équation bilan, 1 mole de \(H_2SO_4\) produit 1 mole de \(CaSO_4\). Donc \(n_{CaSO_4,f} = x_{max} = 100 \text{ mol}\). Il faut calculer la masse molaire de \(CaSO_4\).

Données :

• \(M(Ca) = 40.1 \text{ g/mol}\)
• \(M(S) = 32.1 \text{ g/mol}\)
• \(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

Masse molaire de \(CaSO_4\) :

Masse de \(CaSO_4\) formée :

Conversion en kilogrammes : \(13620 \text{ g} = 13.62 \text{ kg}\).

Réponses Correctes :

Question 1 : b) Un sel et de l'eau.

Question 2 : b) 98 g/mol (2*1 + 32 + 4*16 = 98. La valeur exacte de 98.1 g/mol a été utilisée dans l'exercice).

Question 3 : c) Les réactifs sont en proportions stœchiométriques.

Question 4 : b) Dépend de la température et de la pression.

Acide :

Espèce chimique capable de céder un ou plusieurs protons (\(H^+\)).

Base :

Espèce chimique capable de capter un ou plusieurs protons (\(H^+\)).

Neutralisation Acide-Base :

Réaction chimique entre un acide et une base, qui conduit généralement à la formation d'un sel et d'eau. Le pH de la solution tend vers la neutralité (pH=7 pour des acides et bases forts).

Carbonate de Calcium (\(CaCO_3\)) :

Composé ionique solide, principal constituant du calcaire, de la craie, du marbre. C'est une base faible.

Acide Sulfurique (\(H_2SO_4\)) :

Diacide fort, très corrosif.

Stœchiométrie :

Étude des proportions quantitatives des réactifs et des produits dans une réaction chimique.

Réactif Limitant :

Réactif qui est entièrement consommé en premier et qui arrête la réaction, déterminant la quantité maximale de produits formés.

Volume Molaire (\(V_m\)) :

Volume occupé par une mole d'un gaz dans des conditions de température et de pression spécifiées.