Chimie - exercitation sur la chaufferette chimique, Exercices de Chimie Appliquée
Renee88
Renee8824 April 2014

Chimie - exercitation sur la chaufferette chimique, Exercices de Chimie Appliquée

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Chimie appliquée - exercitation sur la chaufferette chimique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude d'une solution aqueuse d'éthanoate de sodium, Titrage de la solution d'éthanoate de sodium contenue dan...
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Exercice III. Chaufferette chimique (6,5 points)

Exercice III. CHAUFFERETTE CHIMIQUE (4 points) Bac S Métropole rattrapage 09/2011

La neige tombe, les mains commencent à s’engourdir et le refuge est encore loin. Le randonneur sort alors de son sac à dos une pochette en plastique, remplie d'un liquide transparent et appuie sur un petit disque métallique placé à l'intérieur : le liquide commence à se solidifier tout en dégageant une douce chaleur. Ce dispositif nommé chaufferette chimique est constitué d'une enveloppe souple de plastique qui contient une solution aqueuse d'acétate de sodium à 20 % en masse minimum. La solidification s'amorce à partir du disque, localement la solution s'échauffe. L'énergie qu'il a fallu fournir au matériau pour le faire fondre est restituée [...]. Après utilisation, on peut régénérer la chaufferette en faisant fondre le solide obtenu par chauffage. On laisse alors le matériau doucement refroidir...

Extrait de l'article « Idées de physique » Pour la Science (2008)

Après l'étude d'une solution d'éthanoate de sodium (ou acétate de sodium), on se propose de vérifier par un titrage pH-métrique que la solution contenue dans une chaufferette chimique est une solution saturée en éthanoate de sodium. Données :

 produit ionique de l'eau : Ke = 1,0  10 14 à 25°C ;  masse molaire de l'éthanoate de sodium : M (CH3COONa) = 82,0 g.mol1 ;  la solubilité notée s d'une espèce chimique exprimée en g.L1 est la masse maximale de cette

espèce que l'on peut dissoudre dans un litre de solution à une température donnée ;  solubilité de l’éthanoate de sodium dans l'eau à 25°C : s = 365 g.L1 soit 4,5 mol.L1.

Les deux parties sont indépendantes. 1. Étude d'une solution aqueuse d'éthanoate de sodium L'éthanoate de sodium CH3COONa est un solide blanc. En solution aqueuse, l'éthanoate de sodium

donne entre autres l'ion éthanoate CH3COO. 1.1. Pourquoi l'ion éthanoate est-il une base selon Brönsted ? En déduire le couple acido-basique correspondant. 1.2. Lorsqu'on introduit dans un bécher un volume V = 100 mL d'une solution S d'éthanoate de sodium

dont la quantité de matière en soluté apporté est n = 1,0 × 102 mol, le pH mesuré de cette solution S est

égal à 8,9.

L'équation de la réaction chimique entre l'ion éthanoate CH3COO et l’eau est :

CH3COO(aq) + H2O( ) = CH3COOH(aq) + HO(aq)

1.2.1. Construire le tableau d'avancement de cette réaction en utilisant la quantité de matière n et l'avancement x de la réaction.

1.2.2. Calculer la concentration à l'équilibre [H3O+]éq en ions oxonium H3O+ dans la solution. En déduire

la valeur de la concentration en ions hydroxyde à l'équilibre [HO]éq à la température de 25°C. 1.2.3. Pour la solution préparée, calculer l'avancement à l'équilibre xéq.

1.2.4. Définir le taux d'avancement à l'équilibre. Calculer sa valeur. La transformation est-elle totale ? 2. Titrage de la solution d'éthanoate de sodium contenue dans une chaufferette chimique

Une chaufferette chimique contient une solution aqueuse S0 d'éthanoate de sodium (Na+ + CH3COO). La solution a un volume V0 = 100 mL et une masse m = 130 g. La solution S0 contenue dans la chaufferette chimique étant trop concentrée pour être dosée directement au laboratoire, on prépare une solution S1 en diluant 100 fois le contenu de la chaufferette chimique. 2.1. Titrage de la solution S1 Pour déterminer la concentration molaire C0 en éthanoate de sodium apporté dans une chaufferette chimique, on place dans un bécher un volume V1 = 25,0 mL de solution S1 à titrer.

On réalise un titrage par pH-métrie par une solution d'acide chlorhydrique (H3O+ + C ) de concentration

CA = 2,0  101 mol.L1. On note VA le volume de la solution d'acide chlorhydrique versé. L'équation de la réaction chimique support du titrage s'écrit :

CH3COO(aq) + H3O+(aq) = CH3COOH(aq) + H2O( ) On obtient les courbes de la figure 5 ci-dessous :

Figure 5. Courbes pH = f(VA) et A

dpH

dV = f(VA)

2.1.1. Schématiser et légender le dispositif de titrage. 2.1.2. Après avoir défini l'équivalence, écrire la relation entre la quantité de matière d'ions éthanoate

ni(CH3COO) présente initialement dans le bécher et la quantité de matière d'ions oxonium nE(H3O+), qui permet d'atteindre cette équivalence. On pourra éventuellement s'aider d'un tableau d'avancement.

2.1.3. Déterminer le volume à l'équivalence VE en expliquant la méthode utilisée. 2.1.4. Calculer la concentration C1 en ions éthanoate de la solution dosée.

2.2. Saturation de la solution d'éthanoate de sodium contenue dans la chaufferette chimique

2.2.1. Calculer la concentration C0 en éthanoate de sodium apporté dans la solution contenue dans la chaufferette. La solution d’éthanoate de sodium contenue dans la chaufferette est-elle saturée ?

2.2.2. Calculer la masse d'éthanoate de sodium dans la chaufferette. 2.2.3. La solution aqueuse de masse 130 g contenue dans la chaufferette est-elle au moins à 20% en

masse d'éthanoate de sodium comme l'indique le texte introductif ?

A

dpH

dV

pH

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