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Couleur et quantités de matière

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by

Morey Laurent

on 6 January 2015

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Transcript of Couleur et quantités de matière

Couleur et quantités de matière
I-Couleur et concentration molaire en soluté.
Objectifs :
Savoir déterminer la concentration molaire en soluté d'une solution.
Savoir préparer une solution par dilution d'une solution mère.
Connaitre la loi de Beer Lambert.
Déterminer la concentration d'une solution inconnue à partir d'une courbe d'étalonnage utilisant la loi de Beer Lambert.
a) Concentration molaire d' une solution.
La concentration molaire d'une solution correspond à la quantité de matière
de soluté
dissous par litre de solution. Elle s'exprime en mol.L-1 et se calcule comme suit :
concentration molaire en soluté en mol.L-1
quantités de matière de soluté dissous en mol
volume de la solution en L
b) Dilution d'une solution
Avant l'ajout d'eau, la fiole contient un volume Vo de solution mère préalablement introduit à l'aide d'une pipette munie d'un pipetteur.
Lors de l'ajout d'eau,
la même quantité de matière de soluté est présente dans un plus grand volume
.
La concentration en soluté diminue donc d'autant que le volume augmente.
Le facteur de dilution permet de calculer la concentration de la solution fille comme suit :
volume après ajout d'eau
volume avant ajout d'eau
Le volume de la solution a été multiplié par F après ajout d'eau donc...
...la concentration de la solution est divisé par F et on peut écrire...
II-Couleur et réaction chimique.
c) Loi de Beer-Lambert.
Pour une radiation λ traversant une solution, les grandeurs A, c et l sont reliées par la loi de Beer-Lambert :
A = ε l c
Absorbance mesurant le degrès d'absorption de la radiation
Coefficient qui dépend de la radiation traversant la solution (en L.mol-1.cm-1)
Longueur que la radiation parcourt dans la solution en cm
Concentration de la solution en soluté (en mol.L-1)
L'absorbance est ainsi proportionnelle à la concentration en soluté et à la longueur parcourue par la radiation dans la solution.
La proportionnalité entre absorption et concentration molaire permet de déterminer la concentration d'une solution inconnue. On réalise une
droite d'étalonnage
à partir de solutions de concentrations connues.
Solutions de concentrations connues, réalisées par dilution par exemple.
Absorbance mesurée pour la solution de concentration inconnue.
On en déduit, grace à la droite d'étalonnage, la concentration de la solution inconnue.
Droite d'étalonnage
II-Couleur et réaction chimique.
Objectifs :
Dresser le tableau d'avancement relatif à une réaction chimique.
Déduire du tableau d'avancement le réactif limitant d'une réaction.
Déduire du tableau d'avancement les quantités de matière de réactifs et produits en fin de réaction.
Savoir identifier un mélange stoechiométrique.
b) Interprétation de cette observation.
Les ions MnO4- responsables de la coloration violette disparaissent selon la réaction d'équation ci dessous :
D'un point de vue microscopique,
2

i
ons permanganate (MnO4-) réagissent avec
5
molécules d'eau oxygénée (H2O2) et
6
ions hydrogène (H+) pour donner
2
ions manganèse (Mn2+),
5
molécules de dioxygène O2 et
8
molécules d'eau (H2O).
Dressons le tableau d'avancement pour un système contenant à l'état initial 0.0210 mol d'aluminium et 0.0750 mol d'ions hydrogène :
La première ligne du tableau contient les quantités de matière de réactifs à l'état initial (avant que la réaction ne commence)
On indique dans la deuxième ligne les quantités de matière de réactifs
restants
en fonction de l'avancement x
Ce qu'il y avait au départ...
.....ce qui a disparu (en aluminium)
Les quantités de matière de produits formés est nulle au départ
Dans la deuxième ligne, on indique les quantités de matière de produits formés en fonction de l'avancement x
a) Un mélange étonnant.
Dans l'expérience ci-dessous, on verse une solution aqueuse de permanganate de potassium (violette) dans une solution aqueuse d'eau oxygénée en milieu acide.
Les ions K+ et SO42- sont spectateurs, ils ne participent pas à la réaction.
Une réaction chimique peut modifier la couleur d'une solution.
REACTIFS
PRODUITS
c) Tableau d'avancement d'une réaction chimique.
d) Réactif limitant.

Si Al est le réactif limitant alors on doit avoir en fin de réaction :

0.021-2xf=0 mol soit xf= 0.0105 mol

Si H+ est le réactif limitant alors on doit avoir en fin de réaction :

0.075-6xf=0 mol soit xf=0.0125 mol
La valeur a retenir est la plus petite donc
xf = 0.0105 mol
Le réactif limitant est donc l’aluminium Al et l’avancement final (ou maximal) est
xf=0.0105 mol.
La réaction s’arrête lorsque
l’un des réactifs est entièrement consommé
. Ce réactif qui disparaît et entraîne la fin de la réaction est le
réactif limitant
.
e) Proportions stoechiométriques
Ex : Considérons la réaction ci-dessous faisant intervenir à l'état initial 0.0200 mol de fer (Fe) et 0.0150 mol de dioxygène (O2). Dresser le tableau d'avancement. En déduire le réactif limitant et l'avancement final. Que remarque-t-on ?
Si Fe est le réactif limitant alors on doit avoir en fin de réaction :
0.0200-4xf=0 mol soit xf= 0.00500 mol

Si O2 est le réactif limitant alors on doit avoir en fin de réaction :
0.0150-3xf=0 mol soit xf=0.00500 mol

On trouve la même valeur pour l’avancement final : xf=0.0500 mol. Cela signifie que les deux réactifs disparaissent en même temps. Il s’agit d’un cas particulier.
Les réactifs ont été introduits dans les proportions stoechiométriques.
Lorsque les réactifs sont introduits dans les proportions stoechiométriques, ils disparaissent tous entièrement en fin de réaction.
On considère un système contenant no(Fe) mol de fer et no(O2) mol de dioxygène. Ils réagissent selon l'équation
Quelle relation doit-il y avoir entre no(Fe) et no(O2) afin que le mélange soit stoechiométrique ?
Si le mélange est dans les proportions stoechiométriques, on doit avoir disparition des deux réactifs en fin de réaction :

no(Fe)-
4
xf =0 mol soit xf= no(Fe)/
4
mol

et aussi :

no(O2)-
3
xf =0 mol soit xf= no(O2)/
3
mol
no(Fe)/
4
= no(O2)/
3
La relation s’écrit :
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