Volume de dioxyde de carbone dégagé
Comprendre le Volume de dioxyde de carbone dégagé
Lors de la réaction chimique entre l’acide chlorhydrique (HCl) et le carbonate de calcium (CaCO₃), du dioxyde de carbone (CO₂) est dégagé selon l’équation chimique suivante :
\( \text{CaCO}_3(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g) \)
Un élève réalise cette expérience en ajoutant 100 mL d’acide chlorhydrique (concentration 1,0 M) à un échantillon de 5,0 g de carbonate de calcium pur.
Questions :
- Calcul de la quantité de matière de réactifs
- Calculez la quantité de matière d’acide chlorhydrique utilisée.
- Déterminez la quantité de matière de carbonate de calcium présente.
- Identification du réactif limitant
- En vous basant sur les équations stœchiométriques, identifiez le réactif limitant.
- Calcul du volume de CO₂ dégagé
- Calculez le volume de dioxyde de carbone dégagé à température et pression ambiantes (conditions normales de température et de pression, CNTP : 1 atm et 0°C, volume molaire d’un gaz = 22,4 L/mol).
- Interprétation
- Expliquez comment le volume de CO₂ dégagé changerait si on utilisait 200 mL d’acide chlorhydrique au lieu de 100 mL avec la même quantité de carbonate de calcium.
Informations supplémentaires:
- La masse molaire du carbonate de calcium (CaCO₃) est de 100 g/mol.
- La concentration molaire (M) est définie comme le nombre de moles de soluté par litre de solution.
Correction : Volume de dioxyde de carbone dégagé
1. Calcul de la quantité de matière d’acide chlorhydrique
Pour connaître le nombre de moles de HCl, on utilise la relation entre concentration molaire et volume de solution.Formule :
\[ n_{\mathrm{HCl}} = C \times V \]
Données :
Calcul :
\[ n_{\mathrm{HCl}} = 1,0 \times 0,100 \] \[ n_{\mathrm{HCl}} = 0,100\ \mathrm{mol} \]2. Calcul de la quantité de matière de carbonate de calcium
On relie la masse de CaCO₃ à sa quantité de matière via sa masse molaire.Formule :
\[ n_{\mathrm{CaCO_3}} = \frac{m}{M_{\mathrm{m}}} \]
Données :
- Masse : \(m = 5,0\ \mathrm{g}\)
- Masse molaire : \(M_{\mathrm{m}}(\mathrm{CaCO_3}) = 100\ \mathrm{g/mol}\)
Calcul :
\[ n_{\mathrm{CaCO_3}} = \frac{5,0}{100} \] \[ n_{\mathrm{CaCO_3}} = 0,050\ \mathrm{mol} \]3. Identification du réactif limitant
On compare la quantité de HCl disponible à celle requise par la stœchiométrie.Réaction :
\[ \mathrm{CaCO_3 (s)} + 2\,\mathrm{HCl (aq)} \;\longrightarrow\; \mathrm{CaCl_2 (aq)} + \mathrm{H_2O (l)} + \mathrm{CO_2 (g)} \]Données stœchiométriques :
Calcul de la HCl nécessaire :
\[ n_{\mathrm{HCl,\,nécessaire}} = 2 \times n_{\mathrm{CaCO_3}} \] \[ n_{\mathrm{HCl,\,nécessaire}} = 2 \times 0,050 \] \[ n_{\mathrm{HCl,\,nécessaire}} = 0,100\ \mathrm{mol} \]Comparaison :
HCl disponible : 0,100 mol → HCl nécessaire : 0,100 mol
Conclusion :
Les deux réactifs sont en proportions stœchiométriques exactes. Le carbonate de calcium est le réactif limitant, puisqu’il détermine la quantité maximale de CO₂ formé.4. Calcul du volume de CO₂ dégagé à CNTP
À CNTP, le volume d’un gaz est proportionnel au nombre de moles selon le volume molaire standard.Formule :
\[ V_{\mathrm{CO_2}} = n_{\mathrm{CO_2}} \times V_{\mathrm{m}} \]
Données :
- \(n_{\mathrm{CO_2}} = 0,050\ \mathrm{mol}\) (réactif limitant)
- Volume molaire : \(V_{\mathrm{m}} = 22,4\ \mathrm{L/mol}\)
Calcul :
\[ V_{\mathrm{CO_2}} = 0,050 \times 22,4 \] \[ V_{\mathrm{CO_2}} = 1,12\ \mathrm{L} \]5. Interprétation
Si l’on utilise 200 mL de HCl au lieu de 100 mL, alors :- HCl disponible : \(n_{\mathrm{HCl}} = 1,0 \times 0,200 = 0,200\ \mathrm{mol}\)
- HCl nécessaire pour 5,0 g de CaCO₃ : 0,100 mol
Il y aurait un excès de HCl, le CaCO₃ resterait limitant, donc le volume de CO₂ dégagé resterait 1,12 L.
Volume de dioxyde de carbone dégagé
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