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.

 

 

Rectangle: 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.