Réaction du Vinaigre et du Bicarbonate

Réaction du Vinaigre et du Bicarbonate

Comprendre la Réaction du Vinaigre et du Bicarbonate

Vous êtes un(e) étudiant(e) participant à un projet scientifique scolaire sur les réactions chimiques domestiques.

Vous décidez d’étudier la réaction entre le bicarbonate de sodium et le vinaigre pour produire du dioxyde de carbone, une réaction couramment utilisée pour les volcans chimiques dans les projets de science.

Objectif de l’exercice:

Déterminer la quantité de dioxyde de carbone (CO₂) qui peut être produite lorsque 50 g de bicarbonate de sodium réagissent complètement avec du vinaigre.

Données et informations supplémentaires:

  • La réaction chimique entre le bicarbonate de sodium et l’acide acétique est la suivante :

\(\text{NaHCO}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{NaCH}_3\text{COO}\)

  • Masse molaire du bicarbonate de sodium (NaHCO₃) = 84 g/mol
  • Masse molaire de l’acide acétique (CH₃COOH) = 60 g/mol
  • Masse molaire du dioxyde de carbone (CO₂) = 44 g/mol

Questions:

1. Calcul de la quantité de matière de bicarbonate de sodium utilisée :

Convertissez les 50 g de bicarbonate de sodium en moles.

2. Stœchiométrie de la réaction :

Déterminez la quantité de dioxyde de carbone (en moles) pouvant être produite à partir de la quantité de bicarbonate de sodium calculée à l’étape 1.

3. Conversion en masse :

Calculez la masse de dioxyde de carbone produite à partir de la quantité de moles obtenue à l’étape 2.

4. Réflexion supplémentaire :

Si l’on utilise seulement 30 mL de vinaigre à 5% d’acide acétique par masse, quelle serait la limitation de cette réaction ? Calculez la quantité de moles d’acide acétique disponible dans cette quantité de vinaigre.

Correction : Réaction du Vinaigre et du Bicarbonate

1. Calcul de la quantité de matière de bicarbonate de sodium utilisée

Pour convertir la masse de bicarbonate de sodium en moles, nous utilisons la formule :

\[ n = \frac{m}{M} \]

où :

  • \(n\) est la quantité de matière en moles,
  • \(m\) est la masse de la substance en grammes,
  • \(M\) est la masse molaire de la substance en g/mol.

Pour le bicarbonate de sodium (\(\text{NaHCO}_3\)) :

\(m = 50 \, \text{g}\)
\(M = 84 \, \text{g/mol}\)

\[ n = \frac{50 \, \text{g}}{84 \, \text{g/mol}} \] \[ n = 0.595 \, \text{moles} \]

2. Stœchiométrie de la réaction

La réaction chimique se déroule selon l’équation suivante :

\(\text{NaHCO}_3 + \text{CH}_3\text{COOH} \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} + \text{NaCH}_3\text{COO}\)

Cette équation montre que chaque mole de \(\text{NaHCO}_3\) réagit pour produire 1 mole de \(\text{CO}_2\).

Ainsi, la quantité de \(\text{CO}_2\) produite est égale à la quantité de \(\text{NaHCO}_3\) réagissant :

\[ n_{\text{CO}_2} = n_{\text{NaHCO}_3} = 0.595 \, \text{moles} \]

3. Conversion en masse

Pour convertir les moles de \(\text{CO}_2\) en masse, nous utilisons la même formule de conversion que précédemment :

\[ m = n \times M \]

Pour le \(\text{CO}_2\) :

  • \(n = 0.595 \, \text{moles}\)
  • \(M = 44 \, \text{g/mol}\)

\[ m_{\text{CO}_2} = 0.595 \, \text{moles} \times 44 \, \text{g/mol} \] \[ m_{\text{CO}_2} = 26.18 \, \text{g} \]

4. Réflexion supplémentaire sur la limitation de la réaction

Pour 30 mL de vinaigre à 5% d’acide acétique par masse, déterminons d’abord la masse de vinaigre, puis celle de l’acide acétique :

  • Densité du vinaigre (approximative) : \(1 \, \text{g/mL}\)
  • Masse totale de vinaigre \(= 30 \, \text{mL} \times 1 \, \text{g/mL} = 30 \, \text{g}\)
  • \(\text{Masse de CH}_3\text{COOH} = 5\% \text{ de } 30 \, \text{g} = 1.5 \, \text{g}\)

\(\text{Masse molaire de CH}_3\text{COOH} = 60 \, \text{g/mol}\)

\[ n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = \frac{1.5 \, \text{g}}{60 \, \text{g/mol}} \] \[ n_{\text{CH}_3\text{COOH}} = 0.025 \, \text{moles} \]

Nous observons que la quantité de \(\text{NaHCO}_3\) utilisée (0.595 moles) est bien supérieure à la quantité d’acide acétique disponible (0.025 moles).

Ainsi, la réaction est limitée par la quantité d’acide acétique, et seulement 0.025 moles de \(\text{CO}_2\) peuvent être effectivement produites dans ces conditions.

La limitation de la réaction serait donc l’acide acétique.

Réaction du Vinaigre et du Bicarbonate

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