Volume de dioxyde de carbone dégagé

Volume de dioxyde de carbone dégagé

Comprendre le Volume de dioxyde de carbone dégagé

Lors de la réaction chimique entre l’acide chlorhydrique (HCl) et le carbonate de calcium (CaCO₃), du dioxyde de carbone (CO₂) est dégagé selon l’équation chimique suivante :

\( \text{CaCO}_3(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g) \)

Un élève réalise cette expérience en ajoutant 100 mL d’acide chlorhydrique (concentration 1,0 M) à un échantillon de 5,0 g de carbonate de calcium pur.

Questions

  1. Calcul de la quantité de matière de réactifs
    • Calculez la quantité de matière d’acide chlorhydrique utilisée.
    • Déterminez la quantité de matière de carbonate de calcium présente.
  2. Identification du réactif limitant
    • En vous basant sur les équations stœchiométriques, identifiez le réactif limitant.
  3. Calcul du volume de CO₂ dégagé
    • Calculez le volume de dioxyde de carbone dégagé à température et pression ambiantes (conditions normales de température et de pression, CNTP : 1 atm et 0°C, volume molaire d’un gaz = 22,4 L/mol).
  4. Interprétation
    • Expliquez comment le volume de CO₂ dégagé changerait si on utilisait 200 mL d’acide chlorhydrique au lieu de 100 mL avec la même quantité de carbonate de calcium.

Informations supplémentaires:

  • La masse molaire du carbonate de calcium (CaCO₃) est de 100 g/mol.
  • La concentration molaire (M) est définie comme le nombre de moles de soluté par litre de solution.

Correction : Volume de dioxyde de carbone dégagé

Données:

  • Volume d’acide chlorhydrique (HCl) : \(100\, \text{mL} = 0,1\, \text{L}\)
  • Concentration d’HCl : \(1,0\, \text{M}\)
  • Masse de carbonate de calcium (\(\text{CaCO}_3\)) : \(5,0\, \text{g}\)
  • Masse molaire du \(\text{CaCO}_3\) : \(100\, \text{g/mol}\)
  • Conditions normales de température et de pression (CNTP) : volume molaire d’un gaz = \(22,4\, \text{L/mol}\)

Équation chimique:

\( \text{CaCO}_3(s) + 2\text{HCl}(aq) \rightarrow \text{CaCl}_2(aq) + \text{H}_2\text{O}(l) + \text{CO}_2(g) \)

1. Calcul de la quantité de matière de réactifs

a) Quantité de matière d’acide chlorhydrique

\[ n(\text{HCl}) = C \times V \] \[ n(\text{HCl}) = 1,0\, \text{M} \times 0,1\, \text{L} \] \[ n(\text{HCl}) = 0,1\, \text{mol} \]

b) Quantité de matière de carbonate de calcium

\[ n(\text{CaCO}_3) = \frac{\text{masse}}{\text{masse molaire}} \] \[ n(\text{CaCO}_3) = \frac{5,0\, \text{g}}{100\, \text{g/mol}} \] \[ n(\text{CaCO}_3) = 0,05\, \text{mol} \]

2. Identification du réactif limitant

Pour déterminer le réactif limitant, nous examinons le rapport stœchiométrique de l’équation chimique.

Il faut 2 mol d’HCl pour réagir avec 1 mol de CaCO₃. Nous avons 0,1 mol d’HCl pour 0,05 mol de CaCO₃, ce qui est exactement le ratio requis selon l’équation.

Ainsi, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques parfaites, et aucun ne limite l’autre dans cette condition particulière.

Toutefois, pour les besoins de l’exercice, nous observerons le comportement comme si les deux réactifs étaient parfaitement consommés.

3. Calcul du volume de CO\(_2\) dégagé

\[V(\text{CO}_2) = n(\text{CO}_2) \times V_m \] \[V(\text{CO}_2) = 0,05\, \text{mol} \times 22,4\, \text{L/mol} \] \[V(\text{CO}_2) = 1,12\, \text{L}\]

4. Interprétation:

Si on utilise \(200\, \text{mL}\) d’acide chlorhydrique (\(0,2\, \text{L}\)) avec la même quantité de carbonate de calcium, la quantité de matière d’HCl deviendrait :

\[ n(\text{HCl}) = C \times V \] \[ n(\text{HCl}) = 1,0\, \text{M} \times 0,2\, \text{L} \] \[ n(\text{HCl}) = 0,2\, \text{mol} \]

Cependant, cela n’affecterait pas le volume de \(\text{CO}_2\) dégagé car le réactif limitant reste le carbonate de calcium (\(\text{CaCO}_3\)). La réaction est limitée par la quantité de \(\text{CaCO}_3\) disponible, et non par la quantité d’HCl.

Ainsi, le volume de \(\text{CO}_2\) dégagé resterait le même (\(1,12\, \text{L}\)) tant que la quantité de \(\text{CaCO}_3\) ne change pas.

Volume de dioxyde de carbone dégagé

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