L’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium
Comprendre L’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium
Lors d’une sortie éducative, les élèves de première visitent une carrière de calcaire. Pour illustrer l’action des acides sur les minéraux, leur professeur de chimie leur demande de réaliser une expérience en laboratoire.
Les élèves prennent un morceau de calcaire (CaCO₃) de 5 g et le plongent dans 100 mL d’une solution d’acide chlorhydrique (HCl) de concentration 0,1 mol/L.
La réaction qui se produit est la suivante :
\( \text{CaCO}_3 (s) + 2\text{HCl} (aq) \rightarrow \text{CaCl}_2 (aq) + \text{H}_2\text{O} (l) + \text{CO}_2 (g) \)
Données :
- Masse molaire de HCl : 36,46 g/mol
- Masse molaire de CaCO₃ : 100,09 g/mol
- Masse molaire de CaCl₂ : 110,98 g/mol
- Masse molaire de CO₂ : 44,01 g/mol
- Masse molaire de H₂O : 18,02 g/mol
Questions:
1. Calculer la quantité de matière (en moles) de CaCO₃ initialement présente.
2. Calculer la quantité de matière (en moles) de HCl initialement présente.
3. Déterminer le réactif limitant.
4. Calculer la quantité de matière de CO₂ formée à la fin de la réaction.
5. Déterminer la masse de CaCl₂ formée.
Correction : L’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium
1. Calcul de la quantité de matière (en moles) de CaCO₃ initialement présente :
La formule pour calculer la quantité de matière \( n \) est :
\[ n = \frac{m}{M} \]
Pour le carbonate de calcium (CaCO₃), la masse molaire \( M \) est 100,09 g/mol, et la masse \( m \) est de 5 g.
\[ n(\text{CaCO}_3) = \frac{5\, \text{g}}{100,09\, \text{g/mol}} \] \[ n(\text{CaCO}_3) = 0,0499\, \text{mol} \]
2. Calcul de la quantité de matière (en moles) de HCl initialement présente :
La formule pour calculer la quantité de matière \( n \) est :
\[ n = C \times V \]
Pour l’acide chlorhydrique (HCl), la concentration \( C \) est de 0,1 mol/L et le volume \( V \) est de 100 mL (soit 0,1 L).
\[ n(\text{HCl}) = 0,1\, \text{mol/L} \times 0,1\, \text{L} \] \[ n(\text{HCl}) = 0,01\, \text{mol} \]
3. Détermination du réactif limitant :
Pour déterminer le réactif limitant, nous comparons les quantités de matière disponibles avec les proportions stœchiométriques de l’équation chimique. L’équation chimique indique qu’il faut 2 moles de HCl pour 1 mole de CaCO₃.
Calcul du rapport :
\[ \frac{n(\text{HCl})}{2} = \frac{0,01\, \text{mol}}{2} = 0,005\, \text{mol} \]
Nous comparons cette valeur avec la quantité de CaCO₃ disponible :
\[ n(\text{CaCO}_3) = 0,0499\, \text{mol} \]
Comme 0,005 mol de CaCO₃ est inférieur à 0,0499 mol, HCl est le réactif limitant.
4. Calcul de la quantité de matière de CO₂ formée à la fin de la réaction :
D’après l’équation chimique, 1 mole de CaCO₃ produit 1 mole de CO₂. Donc, la quantité de CO₂ formée sera équivalente à la quantité de HCl consommée, divisée par 2 (car il faut 2 moles de HCl pour chaque mole de CO₂).
\[ n(\text{CO}_2) = \frac{n(\text{HCl})}{2} \] \[ n(\text{CO}_2) = \frac{0,01\, \text{mol}}{2} \] \[ n(\text{CO}_2) = 0,005\, \text{mol} \]
Calcul de la masse de CaCl₂ formée :
D’après l’équation chimique, 1 mole de CaCO₃ produit 1 mole de CaCl₂. La quantité de CaCl₂ formée sera donc équivalente à la quantité de CO₂ formée.
La masse molaire du chlorure de calcium (CaCl₂) est de 110,98 g/mol.
\[ n(\text{CaCl}_2) = n(\text{CO}_2) = 0,005\, \text{mol} \]
La masse \( m \) de CaCl₂ formée est donnée par :
\[ m = n \times M \] \[ m = 0,005\, \text{mol} \times 110,98\, \text{g/mol} \] \[ m = 0,5549\, \text{g} \]
Synthèse des réponses :
- Quantité de matière de CaCO₃ initialement présente : 0,0499 mol
- Quantité de matière de HCl initialement présente : 0,01 mol
- Le réactif limitant est HCl.
- Quantité de matière de CO₂ formée : 0,005 mol
- Masse de CaCl₂ formée : 0,5549 g
L’acide chlorhydrique et le carbonate de calcium
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