13.TP3 : Stœchiométrie d'une transformation chimique
Compétences mises en jeu
• Identifier le réactif limitant à partir des quantités de matière des réactifs et de l'équation de réaction.
• Déterminer le réactif limitant lors d’une transformation chimique totale, à partir de l’identification des espèces chimiques présentes dans l’état final.
Matériel :
Au bureau
- ☐ 1 L de solution de sulfate de cuivre à 0,1 mol/L
- ☐ 1 L de solution d'hydroxyde de sodium à 0,3 mol/L
- ☐ Des papiers-filtres
- ☐ 4 tubes à essais + 1 porte tubes
Pour les élèves
- ☐ 6 tubes à essais + 1 porte tubes
- ☐ 3 petits béchers de 50 mL ou 75 mL
- ☐ 2 béchers d'au moins 100 mL
- ☐ 3 entonnoirs
- ☐ 2 éprouvettes graduées de 20 mL
- ☐ 1 tige d'agitation
I - Position du problème
On souhaite étudier la réaction entre les ions cuivre \(\ce{Cu^2+(aq)}\) et les ions hydroxydes \(\ce{HO–(aq)}\).
1) Expérience faite par le professeur
On mélange quelques millilitres d'une solution de sulfate de cuivre \(\ce{Cu^2+_{(aq)} + SO_4^2-_{(aq)}}\) avec quelques millilitres d'une solution d’hydroxyde de sodium (soude) \(\ce{H3O+_{(aq)} + HO–_{(aq)}}\).
1 Qu’observez-vous ?
2 Quels sont les réactifs et les produits de cette réaction ? Proposer une équation pour cette réaction.
2) Problème
Le but de la suite du TP est d’apporter des éléments de réponses à la question suivante : Que se passe-t-il lorsqu’on utilise les réactifs dans des proportions différentes ?
II - Réalisation de trois transformations
On dispose des deux solutions suivantes :
- - Une solution A de sulfate de cuivre de concentration \(\pu{0,10 mol*L-1}\).
- - Une solution B d’hydroxyde de sodium de concentration \(\pu{0,30 mol*L-1}\)
On réalise trois mélanges des deux réactifs avec des quantités de matières différentes.
| Mélange 1 | Mélange 2 | Mélange 3 | |
|---|---|---|---|
| Solution A | 15 mL | 15 mL | 15 mL |
| Solution B | 5 mL | 10 mL | 15 mL |
🖑 Réaliser les trois mélanges dans trois béchers.
Agiter à l'aide de la tige.
Formuler une hypothèse quant au réactif en défaut pour chaque mélange.
III - Analyse expérimentale des résultats
🖑 Pour chaque mélange :
- Filtrer le milieu réactionnel.
- Récupérer le filtrat dans deux tubes A et B.
- Récupérer le papier-filtre et le déposer à plat dans une coupelle.
🖑 Dans les trois tubes A, ajouter quelques gouttes de solution A.
🖑 Dans les trois tubes B, ajouter quelques gouttes de solution B.
1 Analyser les résultats (résidu, tube A et tube B) pour le mélange 1. Que peut-on en conclure ?
2 Analyser les résultats (résidu, tube A et tube B) pour le mélange 3. Que peut-on en conclure ?
3 Analyser les résultats (résidu, tube A et tube B) pour le mélange 2. Que peut-on en conclure ?
IV - Analyse théorique des résultats
1) Analyse du mélange 1
1 Recopier le tableau ci-dessous pour le mélange 1, et compléter la ligne avec les coefficients de l'équation chimique.
2 Compléter la ligne de l'état initial avec les quantités de matières.
| Réactifs | Produit | ||
|---|---|---|---|
| \(\ce{Cu^2+}\) | \(\ce{HO-}\) | \(\ce{Cu(OH)_2}\) | |
| Coefficient dans l'équation | |||
| État initial | |||
| État final | |||
3 Rédiger le raisonnement pour déterminer le réactif en défaut.
4 Faire les calculs pour compléter la deuxième ligne.
2) Analyse du mélange 2
1, 2, 3, 4 Reprendre les questions précédentes pour le mélange n° 2.
3) Analyse du mélange 3
1, 2, 3, 4 Reprendre les questions précédentes pour le mélange n° 3.