Chimie et spéléologie (Liban Bac 2004) énoncé
Q1
a) La densité du dioxyde de carbone est égale à :
Le dioxyde de carbone étant plus dense que l’air, il
va s’accumuler au niveau du sol de
la grotte.
b) Calcul de la quantité de matière de réactifs.
* Ion oxonium
VS = 100 mL = 0,1
L ; Ca = 0,1 mol.L-1 ;
La quantité de matière na d’acide
chlorhydrique est égale à :
na
= Ca.VS = 0,1 x 0,1 = 10-2 mol
Une mole d’acide chlorhydrique ( H3O+,Cl-)
est constituée d’une mole d’ion oxonium et d’une mole
d’ion chlorure : les quantités de matière d’ion oxonium et
d’acide chlorhydrique sont identiques.
na = n(H3O+) = n (Cl-)
= 10-2 mol
* Carbonate de calcium (CaCO3)
M(CaCO3) = MCa + MC + 3.MO
= 40 + 12 + (3 x 16) = 100 g.mol-1
c) Vidéo.
3) équation
chimique |
CaCO3 (s) + 2 H3O+ (aq) =
Ca2+ (aq)
+ CO2 (g) + 3 H2O(l) |
|||||
Etat du système |
Avancement (mol) |
Quantités de matière (mol) |
||||
Etat initial |
xi = 0 |
2,0.10–2 |
1.10–2 |
0 |
0 |
excès |
En cours de transformation |
x |
2,0.10–2 – x |
1.10–2 – 2x |
x |
x |
excès |
Etat final (si réaction totale) |
xmax |
2,0.10–2 – xmax |
1.10–2 – 2xmax |
xmax |
xmax |
excès |
Si CaCO3 est le réactif limitant alors 2,0.10–2 – xmax
= 0 donc xmax = 2,0.10–2 mol
Si H3O+
est le réactif limitant alors 1.10–2 – 2xmax
= 0 donc xmax = 5.10–3 mol
Le réactif limitant est l’ion oxonium, car il correspond à l’avancement
maximal le plus faible, xmax = 5.10–3 mol.
Q2
a) Réponse partielle, pour voir la réponse vidéo clique ici.
à t = 20 s, x = 1,19 x 10-3 mol.
b) Le maximum de gaz est obtenu pour V(CO2) =
V(CO2)max = 121 mL = 121 x 10-3 L = 121 x 10-6
m3 .
A quel instant ? t = 440 s.
L’avancement final est alors :
L’avancement final est
peu différent de l’avancement maximal.Par conséquent, la réaction peut
être considérée comme totale.
Q3
a) La vitesse volumique de réaction v(t) à
l’instant t, est égale à la dérivée de l’avancement x par
rapport au temps, divisée par le volume VS de solution :
Unité
usuelle : mol.L-1.s-1
Réponse partielle, pour voir la vidéo clique ici. Au fur et à mesure que le temps s’écoule, la
vitesse volumique de réaction diminue.
b) Au bout d’une durée égale au temps t ½ de
demi-réaction, l’avancement x(t1/2) est égale à
l’avancement final divisé par 2. Or la réaction étant totale,
l’avancement final est égal à l’avancement maximal. Par
conséquent :
Sur le graphe, le temps de demi-réaction correspond à
l’abscisse du point d’ordonnée xf = 2,5 x 10-3
mol : t1/2 » 50 s.
Q4
a) La température est un facteur cinétique : plus elle
baisse, plus la vitesse de réaction diminue.
vto(= 25°C) > vto
(< 25°C)
b) Pour voir la vidéo clique ici.
Q5
a) Ions présents en solution : oxonium (H3O+) ;
chlorure (Cl-) ; hydroxyde (HO-) ; calcium (Ca2+).
Remarque : la concentration des ions chlorure ne
varie pas. Les ions chlorure sont les ions « spectateurs » de la
réaction chimique étudiée :
CaCO3 (s) + 2H3O+(aq)
= Ca2+(aq) + CO2(g) + 3 H2O(l)
b) Pour voir la
correction vidéo clique
ici.
Q6
a) Réponse partielle, pour voir la correction vidéo clique ici.
b) Pour voir la correction vidéo clique ici.
c) Ecrivons soigneusement les données ! x = xmax
= 5 x 10-3 mol ; = 4,25 – 580.x
4,25 – 580 x 5 x
10-3 = 1,35 S.m-1
La conductivité de la solution
en fin de réaction est minimale. Elle est égale à 1,35 S.m-1.