Chimie - exercitation sur la chimie et la spéléologie, Exercices de Chimie
Renee88
Renee8823 April 2014

Chimie - exercitation sur la chimie et la spéléologie, Exercices de Chimie

PDF (241.0 KB)
3 pages
62Numéro de visites
Description
Exercitation de chimie sur la chimie et la spéléologie. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: la quantité de matière d’ions oxonium, la courbe représentative, l'équation chimique.
20points
Points de téléchargement necessaire pour télécharger
ce document
Télécharger le document
EXERCICE 1 – CHIMIE ET SPELEOLOGIE (6,5 points)

2004 Liban EXERCICE I – CHIMIE ET SPELEOLOGIE (6,5 points)…..

Calculatrice autorisée

Dans le cadre d’un projet pluridisciplinaire sur le thème de la spéléologie, des élèves de terminale doivent

faire l’exploration d’une grotte où ils risquent de rencontrer des nappes de dioxyde de carbone CO2. A

teneur élevée, ce gaz peut entraîner des évanouissements et même la mort. Le dioxyde de carbone est

formé par action des eaux de ruissellement acides sur le carbonate de calcium CaCO3 présent dans les

roches calcaires. Le professeur de chimie leur propose d’étudier cette réaction.

Données :

- température du laboratoire au moment de l’expérience : 25°C soit T = 298 K - pression atmosphérique : Patm = 1,020.105 Pa - loi des gaz parfaits : P.V = n.R.T - constante des gaz parfaits : R = 8,31 SI - masses molaires atomiques, en g.mol-1 : M(C) = 12 ; M(H) = 1 ; M(O) = 16 ; M(Ca) = 40

- densité d’un gaz par rapport à l’air : 29

M d  , où M est la masse molaire du gaz.

Dans un ballon, on réalise la réaction entre le carbonate de calcium CaCO3(s) et l’acide chlorhydrique

(H3O+(aq) + Cl–(aq)). Le dioxyde de carbone formé est recueilli par déplacement d’eau, dans une éprouvette

graduée.

Un élève verse dans le ballon, un volume VS = 100 mL d’acide chlorhydrique à 0,1 mol.L-1. A la date t = 0

s, il introduit rapidement dans le ballon 2,0 g de carbonate de calcium CaCO3(s) tandis qu’un camarade

déclenche un chronomètre. Les élèves relèvent les valeurs du volume VCO2 de dioxyde de carbone dégagé

en fonction du temps. Elles sont reportées dans le tableau ci-dessous. La pression du gaz est égale à la

pression atmosphérique.

t (s) 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

VCO2 (mL) 0 29 49 63 72 79 84 89 93 97 100 103

t (s) 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440

VCO2 (mL) 106 109 111 113 115 117 118 119 120 120 121

La réaction chimique étudiée peut être modélisée par l’équation :

CaCO3(s) + 2 H3O+(aq) = Ca2+(aq) + CO2(g) + 3H2O(l)

1. Calculer la densité par rapport à l’air du dioxyde de carbone CO2(g). Dans quelles parties de la grotte ce

gaz est-il susceptible de s’accumuler ?

2. Déterminer les quantités de matière initiale de chacun des réactifs.

3. Dresser le tableau d’avancementde la réaction. En déduire la valeur xmax de l’avancement maximum.

Quel est le réactif limitant ?

4. a) Exprimer l’avancement x de la réaction à une date t en fonction de VCO2, T, Patm et R. Calculer sa

valeur numérique à la date t = 20 s.

b) Calculer le volume maximum de gaz susceptible d’être recueilli dans les conditions de

l’expérience. La transformation est-elle totale ?

5. Les élèves ont calculé les valeurs de l’avancement x et reporté les résultats sur le graphe donné en

annexe (à rendre avec la copie).

a) Donner l’expression de la vitesse volumique de réaction en fonction de l’avancement x et du

volume VS de solution. Comment varie la vitesse volumique au cours du temps ? Justifier à l’aide

du graphe.

b) Définir le temps de demi réaction t1/2. Déterminer graphiquement sa valeur sur l’annexe.

6. La température de la grotte qui doit être explorée par les élèves est inférieure à 25°C.

a) Quel est l’effet de cet abaissement de température sur la vitesse volumique de réaction à la date

t = 0 s ?

b) Tracer, sur l’annexe, l’allure de l’évolution de l’avancement en fonction du temps dans ce cas.

7. La réaction précédente peut être suivie en mesurant la conductivité  de la solution en fonction du

temps.

a) Faire l’inventaire des ions présents dans la solution. Quel est l’ion spectateur dont la

concentration ne varie pas ?

b) On observe expérimentalement une diminution de la conductivité. Justifier sans calcul ce résultat

connaissant les valeurs des conductivités molaires des ions à 25°C :

(H3O+) = 35,0 mS.m².mol-1

(Ca2+) = 12,0 mS.m².mol-1

(Cl-) = 7,5 mS.m².mol-1

c) Calculer la conductivité  de la solution à l’instant de date t = 0 s.

d) Montrer que la conductivité est reliée à l’avancement x par la relation :

 = 4,25 – 580.x

e) Calculer la conductivité de la solution pour la valeur maximale de l’avancement.

EXERCICE I : ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

commentaires (0)
Aucun commentaire n'a été pas fait
Écrire ton premier commentaire
Ceci c'est un aperçu avant impression
Chercher dans l'extrait du document
Docsity n'est pas optimisée pour le navigateur que vous utilisez. Passez à Google Chrome, Firefox, Internet Explorer ou Safari 9+! Téléchargez Google Chrome