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le dioxyde de carbone dans l'air

Posté par
sil2b
23-03-10 à 22:58

Bonjour, j'aurais besoin d'aide pour cet exo, merci.

Le dioxyde de carbone est présent dans l'air atmosphérique à raison de 0,63% en volume. Il peut réagir avec les ions hydroxyde ; l'équation- bilan de cette réaction est : CO2 + 2HO-=CO32- + H2O

Préparation et dosages d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium ou soude :

On rappelle que la soude (ou hydroxyde de sodium) a pour formule NaOH. Pour en préparer une solution aqueuse de concentration connue, on ne dispose que d'un flacon de pastilles de soude, la masse d'une pastille étant approximativement égale à 0,1g. On commence donc par préparer une solution de concentration voisine de 0,01mol/L ; pour connaître précisément la concentration de la solution préparée, on réalise ensuite un dosage.

Liste du matériel et des solutions disponibles au laboratoire :

- agitateur magnétique et barreau aimanté ;

- fioles jaugées portant les mentions "50 mL", "100 mL", "200 mL", "1 L" ;

- pipettes jaugées portant les mentions "1 mL", "5 mL", "10 mL", "20 mL" ; "

- burettes graduées portant les mentions "20 mL", "25 mL", "50 mL" ;

- pipettes graduées portant les mentions "1 mL", "5 mL", "10 mL" ;

- éprouvettes graduées portant les mentions "10 mL", "50 mL", "100 mL ;

- erlenmeyers et bechers portant les mentions "50 mL", "100 mL", "200 mL" ;

- poire aspirante ou propipette â ;

- solutions d'acide chlorhydrique à 1 mol/L, 0,10 mol/L, 0,010 mol/L ;

- indicateur coloré : phénolphtaléine.

Données : masses molaires atomiques :

M(H) = 1 g/mol ; M(O) = 16 g/mol ; M(Na) = 23 g/mol

1)Quelle masse de soude utiliser pour préparer V = 1L de concentration voisine de c = 0,01 mol/L ?

2)a)On remarque que le laboratoire ne dispose pas de balance. Comment faire pour préparer cette solution avec les produits et le matériel disponibles, indépendamment des conditions de sécurité ?

b)Pourquoi n'a-t-on pas préparé seulement 100 mL de cette solution ? Justifier.

c)Préciser, en justifiant la réponse quelle solution choisir dans la liste des solutions disponibles au laboratoire, pour doser 10 mL de la solution préparée précédemment. Dans la suite de l'exercice, on appelle S cette solution choisie.

d)Faire le schéma annoté du dispositif du dosage.

On réalise le dosage ; le volume de solution S versée à l'équivalence est V. Trois jours après, on s'aperçoit que le récipient contenant la solution de soude n'a pas été rebouché. On refait le dosage dans les mêmes conditions ; le volume de solution versée à l'équivalence est alors V' inférieur à V. On dit que la soude est carbonatée : une petite quantité d'ions hydroxyde a réagi avec le dioxyde de carbone pour donner des ions carbonate selon l'équation- bilan donnée en introduction.

3)Sachant que le virage de l'indicateur coloré choisi permet de doser les ions hydroxyde provenant de la soude et les ions carbonate formés qui se comportent comme une monobase, justifier la diminution du volume de solution S versée à l'équivalence.

Farces et attrapes : la tache qui disparaît...

Dans les magasins de farces et attrapes est proposée une solution bleue, appelée "encre anti-tache". Lorsque l'on verse un peu de cette solution sur un vêtement, une tache bleue apparaît, mais.... disparaît en quelques minutes.

Voilà comment fabriquer la solution "encre anti-tache" :

- Produits et solutions nécessaires avec quelques indications

Solution de soude à 1 mol/L : corrosive.

Thymolphtaléine : indicateur coloré de zone de virage : 9.3 - 10.5 ;

Constante d'acidité du coulpe associé : Ka = 10-10,3. soluble dans l'eau et l'éthanol.

- Mode opératoire

Ajouter quelques gouttes de solution de thymolphtaléine dans un mélange d'eau et d'alcool, la solution est alors incolore.

Ajouter ensuite goutte à goutte juste assez de soude de manière à obtenir une solution bleue : "l'encre anti-tache".

On admet que la solution se comporte comme une solution aqueuse.

La forme acide de la thymolphtaléine, notée AH est incolore. La forme basique sera notée A-.

4a)Placer sur un axe gradué en pH la zone de virage de la thymolphtaléine. Indiquer en dehors de cette zone les espèces prédominantes.

b)Lors de la préparation de la solution, avant l'addition de la solution de soude, le pH est-il inférieur à 9,3 ou supérieur à 10,5 ? Justifier la réponse.

5)a)Ecrire l'équation- bilan de la réaction entre la thymolphtaléine et la soude.

b)Exprimer la constante de cette réaction. En déduire que cette réaction peut-être considérée comme quasi-totale.

c)Quelle est la teinte de la forme basique de la thymolphtaléine ? Justifier la réponse.

Pour expliquer la disparition de la tache bleue, on peut supposer que l'évaporation de l'alcool et la recristallisation de la thymolphtalèine jouent un rôle.

6)En vous aidant de l'introduction de l'exercice (et de la première partie), indiquer quel autre facteur pourrait également intervenir pour expliquer la disparition de la tache sur le vêtement ?

Attention : la solution "encre anti-tache" contenant de la soude concentrée, on évitera de l'utiliser sur des vêtements non usagés.


je suis bloqué à la question 5)b)

Posté par
Kaela
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 09:49

Bonjour

Aucune proposition ?

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 09:54

j'ai fait toutes les autres questions mais la 5)b) je n'arrive pas. je n'ai jamais compris ce qu'était la constante d'équilibre

Posté par
Kaela
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 09:58

Qr,eq = Ke

soit la concentration des produits à l'équilibre sur ceux des réactifs

Posté par
Kaela
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 09:58

désole pour le multi-post ,une réaction est considéré comme totale si Ke > 1 .104

Posté par
coriolan
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 10:04

salut Kaela,
Pour la constante d'équilibre,je crois qu'il vaut mieux écrire K plutôt que Ke  ,car cela peut créer une confusion avec le produit ionique Ke=[OH-]*[H3O+]
Je te laisse poursuivre

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 10:07

donc, K=[A-].[H2O]/[AH].[HO-] mais je crois qu'il ne faut pas prendre en compte l'eau

Posté par
Kaela
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 10:09

merci coriolan pour la précision

l'eau étant un solvant , sa concentration est égale à 1.

effectivement , c'est ceci sil2b .

si l'équation est sous la forme AH + HO- = A- + H20

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 10:26

mais après, je remplace par les valeurs

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 11:28

Posté par
coriolan
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 11:39

on ne connait pas les concentrations à l'équilibre,mais on va utiliser une astuce d'écriture
  

K=[A-]/[AH]*[OH-] =[A-][H3O+]/[AH]*[OH-]*[H3O+]=[A-]*[H3O+]/[AH]*Ke= Ka/Ke
Ka étant la constante d'équilibre du couple AH/A-

K= 10-10/10-14=104

on peut considérer une réaction comme totale si K104 .C'est le cas ici

Posté par
coriolan
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 11:46

Citation :
je n'ai jamais compris ce qu'était la constante d'équilibre

ce que j'écris en -dessous n'ai pas directement lié à ton exercice ,mais peut-être t'éclairera t-il sur les constantes d'équilibres et quotients réactionnels


pour éclaicir la notion de constante d'équilibre,il faut d'avoir revoir la notion d'équilibre chimique.
on va supposer que A B C D sont des espèces chimiques et que l'équation de réaction qui les lie est
A  +  B   =   C   +  D
pour ne pas compliquer ,tous les coeff stoechiométriques valent 1 (ce ne serait pas le cas si j'écrivais  2A  +B= C+D )

pour éviter top de généralités ,je vais prendre un exemple numérique .
supposons que l'on mélange 2 mol de A, 3 mol de B , 1mol de C, 2 mol de D et que le volume du mélange soit 1L

initialement(i) on a
n(A)i=2 mol   soit [A]i=2mol/L
n(B)i=3 mol        [B]i=3mol/L
n(C)i=1 mol        [C]i=1mol/L
n(D)i=2 mol        [D]i=2mol/L

par définition le quotient réactionnel est

Qr  =[C]i*[D]i/([A]i*[B]i)

la concentration des différentes espèces va évoluer jusqu'à ce qu'elles atteignent une valeur stable.On dit alors que le système a atteint son équilibre.

le quotient réactionnel à l'équilibre est noté K .La valeur de K ne dépend que de la température.  Qr(eq)=K

K  a la même expression que Qr ,mais les concentrations de A , B C D sont celles que ces espèces ont lorsque le système a atteint sont équilibre.

K=[A]eq *[B]eq/([C]eq*[D]eq)

La valeur de K est déterminée expérimentalement

reprenons l'exemple initial en supposant que K=0,2
lorsque l'équilibre sera atteint ,
n(A)eq=2-x  mol
n(B)eq=3-x  mol  
n(C)eq=1+x  mol
n(D)eq=2+x  mol
puisque j'ai supposé que V=1L
[A]eq=2-x  [B]eq=3-x   [C]eq=1-x    [D]=2+x  en mol/L

la constante d'équilibre vaut
K=((1+x) (2+x)/(3-x)(2-x)=0,2
en résolvant l'équation on trouve x=-0,21 et x=-4,8
la solution x=-4,8 est à rejeter car on trouverait des concentrations négatives.
A l'équilibre on a donc
[A]eq=2-(-0,21)=2,21 mol/L
[B]eq=3-(-0,21)=3,21mol/L
[C]eq=1-0,21=0,79mol/L
[D]eq=2-0,1,79mol/L

on peut vérifier que 0,79*1,79/(2,21*3,21)=0,2

si les concentrations initiales étaient différentes ,à l'équilibre ,elles auraient des valeurs différentes de celles de l'exemple précédent,mais elle vérifieraient [A]eq *[B]eq/([C]eq*[D]eq)=0,2

dans l'exemple que j'ai choisi ,on trouve x<o ce qui signifie que le système évolue de droite à gauche  
c'est la réaction C+D donne A+B qui se produit pour atteindre l'équilibre.

pour savoir ,seulement,si la réaction(telle qu'on l'a écrite) va évoluer de gauche à droite ou de droite à gauche, il suffit de comparer Qr(i) avec K
dans l'exemple choisi,
Qr(i)= (1*2)/(2*3)=0,3
Qr(i)>K  le système évolue de droite à gauche
  
si on a Qr(i)<K  le système évolue de gauche à droite
si Qr(i)=K  le système est déjà à l'équilibre

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 11:49

ok mais comment tu expliques ce que tu viens de faire. c'est la 1ère fois que je vois ça

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 11:49

ah ok.

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 11:53

ok. merci coriolan

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 12:00

ah, juste une dernière chose, comment sait on que Ka=10-10 et que Ke=10-14?

Posté par
coriolan
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 12:16

il faut connaître absolument Ke=[OH-]*[H3O+]=10-14  (à 25°C)

d'autre part
Ka =10-pKa   et pKa=-log(Ka)

je me rends compte que j'ai pris Ka =10-10 au lieu de Ka=10-10,3

donc K=10-10.3/10-14=5012

K est grand mais <104.
La réaction est fortement déplacée vers la droite.Presque totale

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 12:27

ok, Ka est donné dans l'exo mais je ne comprend comment on trouve Ke=10-14

Posté par
coriolan
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 12:33

ke est le produit ionique de l'eau c'est à dire [OH-]*[H3O+] à l'équilibre.

à 25°C [H3O+]=[OH-]=10-7  car pH=7
  donc Ke=10-14

"l'astuce" qui consiste à multiplier par [H3O+]le numérateur et le dénominateur de l'expression de K,dans ton pb,permet de faire apparaître au dénominateur [OH-]*[H3O+] c'est à dire Ke

Posté par
sil2b
re : le dioxyde de carbone dans l'air 24-03-10 à 12:35

ok. merci beaucoup coriolan



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