Aide Dm chimie (conductimétrie, mols, concentration...)

[Anto première S]

Bonjour bonjour.

J'ai un dm de physique chimie (conductivité, tableau d'avancement, concentration...)pour la rentrée, mais petit problème : J'ai franchement du mal à trouver la démarche.

Peut-être pourriez vous m'aider (démarche à suivre, explications)?
Merci d'avance!

Voici l'énoncé, et quelques explications :


Part I
A 25°, on mélange un volume V1=100mL d'une solution aqueuse S1 de nitrate d'argent, de concentration molaire C1 égale à 5,00.10^-4mol.L-1 avec un volume V2=200mL d'une solution aqueuse S2 de chlorure de sodium, de concentration molaire c2 égale à 8,00.10^-4mol/L.

1)Qu'observe-t-on lors du mélange?( Ag+ réagi avec Cl- pour donner du chlorure d'argent Ag Cl?)

2) Ecrire l'équation chimique associée à la transformation. (Ag+Cl->AgCl?)

3)Le produit formé n'est pas un conducteur électrique. Pourquoi? Intervient-il dans la conductivité de la solution à l'état final?

4)Calculer les quantités de matière des espèces ioniques présentes en solution à l'état initial.

5)Construire un tableau descriptif de la transformation chimique. Déterminer l'avancement maximal de la réaction et établir un bilan de matière à l'état final.

6)Calculer la concentration molaire de chaque espèce présente en solution à l'état final.

7)En déduire la conductivité σ.

Données : Conductivités molaires ioniques à 25°C (10-4S.m^2.mol-1) : λAg+(aq)=61,9 ; λNo3-(aq)=71,4 ; λNa+(aq)=50,1; λCl-(aq)=76,3.

______________________________________
Part II

On mélange V=100mL de solution de sulfate de sodium 2Na+(aq) + So2- 4 (aq) de concentration molaire en soluté c=2,0.10^-3mol/L et V'=50mL de solution de chlorure de baryum Ba2+(aq) + 2Cl-(aq) de concentration molaire en soluté apporté c'=5,0.10^-3mol/L .

1. Déterminer la concentration de chacun des ions en solution.
2. En réalité on observe la formation d'un précipité selon la réaction
Ba2+(aq) + SO4 2- (aq) ->BaSO4(s)

a) Construire le tableau d'avancement de la réaction de précipitation.
b) En déduire la masse de précipité obtenue et les concentrations effectives des ions en solutions dans l'état final du système.

données: M(Ba)=137,3g/mol
M(S)=32,1g/mol
M(O)=16,0g/mol

[SoS(17)]

Bonjour Anto,

Partie 1 :
1) et 2) sont justes; il faudrait toutefois préciser, en 1), ce que vous observez.
La réponse à la question 3) est évidente, non ?
Pour la 4° vous avez toutes les données nécessaires pour calculer les quantités de matière de chaque espèce, ce qui vous permettra de continuer. Si vous doutez de vos valeurs, faites-moi parts de vos résultats.

Partie 2 : j'ai lu vos remarques, que j'ai supprimées car peu en adéquation avec l'esprit de ce forum ....

Pour calculer les concentrations initiales, faites un schéma : bécher, chaque espèce avec sa concentration et le volume.

Pour calculer une concentration, il faut toujours partir de la définition à savoir "n/V" en connaissant bien la signification de chaque lettre....
exemple : [SO4(2-] = n(SO4(2-))/Vtotal ; les ions sulfate sont apportés par la solution 1 de concentration en soluté C1. On a n(SO4(2-)) = C1.V1 donc [SO4(2-)]=C1.V1/(V1+V2). C'est l'équivalent d'une dilution.

Vous pouvez continuer ainsi pour les autres ions mais attention au piège.... une solution de sulfate de sodium comporte 1 ion sulfate pour 2 ions sodium....
Je vous laisse continuer...

[Anto première S]

Partie I

3)Le produit formé n'est pas un conducteur électrique. Pourquoi? Intervient-il dans la conductivité de la solution à l'état final?

Pas évidente pour moi en tout cas. Un ami m’a indiqué des pistes pour cette question 3), mais je n’ai tout à fait compris. Nous avons néanmoins conclus cette réponse :
« Le produit formé n’est pas conducteur puisque les ions sont fixes et ne peuvent donc pas se déplacer. »
Les ions seraient fixes car le chlorure d’argent est solide ? (j’ai compris que s’il n’y avait pas de mouvement des ions, il ne pouvait pas y avoir de courant).

4)Calculer les quantités de matière des espèces ioniques présentes en solution à l'état initial.

n1=0,1L*5,00.10^-4mol.L-1= 5^-05 mol (Ag+)
n2=0,2L*8,00.10^-4mol/L= 1.6^-04 mol (Cl-)
Est-ce bien cela ?

5)Construire un tableau descriptif de la transformation chimique. Déterminer l'avancement maximal de la réaction et établir un bilan de matière à l'état final.

Donc, en « Etat initial ». Ag+ : 5^-05 Cl- : 1.6^-04
La même chose moins « x » en cours de réaction, et « xmax » à l’état final.
Alors, pour le limitant : 5,0.10-5 < 3,2.10-4, donc Ag+ est le réactif limitant avec xmax=5,0.10-5
Il me semble que c’est correct, non ?

6)Calculer la concentration molaire de chaque espèce présente en solution à l'état final.

Euh. Donc il faut calculer la concentration molaire du chlorure d’argent ? Je ne comprends pas. :s

[SoS(17)]

Bonjour Anto,

3)AgCl est un solide; les ions sont "fixes", comme vous dites. Comme tout solide ou toute molécule, cette espèce ne conduit pas le courant et n'intervient pas dans le calcul de la conductivité.

4) oui, votre calcul est exact; vous n'avez pas mentionné les ions spectateurs (nitrate et sodium) : vous en aurez besoin pour la fin de cette partie.

5) xmax vaut bien 5.10^-5 mol; mais vous n'avez pas fait le bilan de matière, c'est-à-dire indiqué la quantité de matière de chaque espèce présente.

6) Il n'est sans doute pas utile de calculer la concentration du chlorure d'argent, qui ne vous sera pas utile (d'après la réponse au 3)). Par contre, c'est ici qu'il ne faut pas oublier les ions spectateurs qui interviendront dans la 7).

Vous pouvez m'envoyer la suite de vos calculs.

[Anto première S]

Pour le bilan de matière, il reste 2.7^-04 mol de Cl- je crois, (3,2^-4mol - 5,0^-5mol) et 0Mol de Ag+.
Et donc, 5.0^-5mol de AgCl (xmax).

Pour la 6, et la 7.

6)Calculer la concentration molaire de chaque espèce présente en solution à l'état final.

Alors, à l'état final, il reste le Na+, le No3- et le AgCl. C'est cela?
La formule est n=C.V
Soit C=n/V.
Je sais que j'ai 5.0^-5mol de AgCl, mais pour No3- et Na+, je n'ai que lambda. (La valeur en S/m^2/mol).
Comment dois-je procéder?

7)En déduire la conductivité σ.

Il faut utiliser cette formule il me semble?
σ en S.m-1=sommede(le w vertical).λi en S.m2.mol-1 et [Xi] en mol.m-3

[SoS(17)]

Pour la 5), je ne vois pas d'où sort ce 3,2.10^-4 mol d'ions Cl-; il y en a initialement 1,6.10^-4 mol...Il faut donc refaire votre calcul pour cette espèce.

6) Les ions nitrate et sodium sont là dès le mélange des solutions; ils ne réagissent pas (ils sont spectateurs) donc on les retrouve en même quantité à l'état final.
Vous pourrez ainsi calculer leur concentration en utilisant Cx = nx/Vtotal.

7) quand vous aurez toutes les concentrations des espèces conductrices, vous pourrez alors appliquer votre formule, en tenant compte des unités.

J'attends vos valeurs.

[Anto première S]

Pour la 5), la concentration est en mol/L. Or, il y a 200ml. Donc, 0,2L de chlorure de sodium.
Il faut donc multiplier le résultat par deux, non?

J'ai :
n(Ag+) = 0 mol ; n(Cl-) = 2,7.10-4 mol ; n(AgCl) = 5,0.10-5 mol ; n(Co2+) = 1,6.10-4 mol ; et n(NO3-) = 5,0.10-5 mol.

Donc, la 6).
En calculant avec votre formule, j'obtiens :
Ag+ = 0 mol.L-1 ;
Cl- = 2,7.10-4 /0,3 = 9,0.10-4 mol.L-1
Na+ = 1,6.10-4/0,3 = 5,3.10-4 mol.L-1
NO3- = 5,0.10-5/0,3 = 1,6.10-4 mol.L-1

7)
σ en S.m-1=sommede(le w vertical).λi en S.m2.mol-1 et [Xi] en mol.m-3
Alors, pour passer des mol/L aux mol/m^3, on multiplie par 1000 il me semble.
Soit:
Cl- = 2,7.10-4 /0,3 = 9000.10-4 mol.m^-3
Na+ = 1,6.10-4/0,3 = 5300.10-4 mol.m^-3
NO3- = 5,0.10-5/0,3 = 1600.10-4 mol.m^-3

σ = 3,358^-04

J'ai l'impression d'avoir fait une erreur. :/

[Anto première S]

Pardon, j'ai fais une erreur de frappe:
n(Ag+) = 0 mol ; n(Cl-) = 2,7.10-4 mol ; n(AgCl) = 5,0.10-5 mol ; n(Na+) = 1,6.10-4 mol ; et n(NO3-) = 5,0.10-5 mol.

[SoS(17)]

Vous faites une grosse erreur dans le calcul de n(Cl-) !
par définition, n(Cl-) = [Cl-].V(Cl-) = C2.V2 = 1,6.10^-4 mol : cela signifie que l'on apporte 1,6.10^-4 mol d'ions chlorure avec ces 200 mL de solution.
Donc, quand vous faites le bilan de matière ce n'est pas 3,2.10^-4 - 5.10^-5 qu'il faut faire.....

Vous avez calculé un n(Co2+) que vous corrigez ensuite en n(Na+).
Vos concentrations sont justes sauf celle en ions chlorure pour la raison évoquée en début de réponse (j'aurais pour ma part arrondi à 1,7 au lieu de 1,6).

Pour la 7) même avec vos valeurs, je n'obtiens pas la même chose que vous. Avez-vous tenu compte des 10-4 dans l'unité des conductivités molaires ioniques ?

Je vous laisse corriger votre erreur sur [Cl-] et vérifie à nouveau la valeur de la conductivité.

[Anto première S]

Ah! D'accord.
Donc, si je comprends bien, il y a 1,1^-4 mol de Cl- à l'état final?
Alors... Na+, c'est du sodium. Cl-, du chlorure. Ag+, l'argent. Et NO3- le nitrate.
Je reprends :
n(Ag+) = 0 mol

n(Cl-) = 1,1.10-4 mol
n(AgCl) = 5,0.10-5 mol
n(Na+) = 1,6.10-4 mol (car il a la même quantité à l'état final qu'initial, comme le NO3-)
et n(NO3-) = 5,0.10-5 mol.

Je refais le calcul. J'ai une concentration de :
[NO3-] = 5,0.10-5/0,3 = 1,6.10-4 mol.L-1 soit 0,16 mol/m^3
[Na+] = 1,6.10-4/0,3 = 5,3.10-4 mol.L-1 soit 0,53mol/m^3
[Cl-] = 1,1.10-4 /0,3 = 3,6.10-4 mol.L-1 soit 0,36mol/m^3

Je calcule le sigma...
σ = 71,4*0,16 + 50,1*0,53 + 76,3*0,36
σ = 65,445
Cette fois-ci, le calcul est bon?

[SoS(17)]

C'est beaucoup mieux !
Attention : \(\lambda\) vous est donné en 10^-4 S.m²mol-1 donc il faut multiplier les valeurs de \(\lambda\)
par 10-4.
Aux erreurs d'arrondis près et à 10^-4 près, j'ai la même valeur que vous mais j'y ai mis une unité : vous devez en faire autant !

[Anto première S]

Merci!
En appliquant le ".10^4", j'obtiens σ = 6,54^-03. Je corrigerais mes arrondis au propre.

J'attaque donc la partie II.

Pour la première question.
J'ai V1=0,1L et V2=0,05L. Ce qui me donne VT=0,15L
c'=5,0.10^-3mol/L

"n=C.V "
Donc :
n2=2,5^-04
n1=2^-04

[SO4(2-)]=2,0.10^-3 * 0,1/(0,1+0,05L)
[SO4(2-)]=1,33^-03 mol.L
J'ai un ion sulfate et deux ions sodium?
Cela veut-il-dire que la concentration du sodium sera deux fois plus élevée? (Donc on multiplie le résultat précédent par deux?)

[SoS(17)]

Vous n'avez pas indiqué l'unité de \(\sigma\) !

Oui, il se forme une quantité double d'ions sodium donc leur concentration est deux fois plus élevée que celle des ions sulfate.
Une petite remarque....pensez bien à indiquer à chaque fois les unités : il manque mol aux valeurs de n1 et n2 !

[Anto première S]

Bien!
σ = 6,54^-03 S/m

V1=0,1L et V2=0,05L
VT=0,15L
c'=5,0.10^-3mol/L

"n=C.V "
Donc :
n2=2,5^-04 mol
n1=2^-04 mol

Je calcule les différentes concentrations...

[SO4(2-)]=2,0.10^-3 * 0,1/(0,1+0,05L)
[SO4(2-)] = 1,33^-03 mol/L = 2,66^-03mol/L ?

[2Na+] = 1,33^-03 mol/L ?

[Ba2+]=C2.V2/(V1+V2)
[Ba2+]=5,0.10^-3 * 0,05/(0,15) = 1,66^-03 mol/L

[2Cl-]=1,66^-03 mol/L

2)a

.........................Ba2+(aq).....+....SO42- (aq)....------>...BaSO4 (s)

état initial............. 2^-04.............2,5^-04.....................0
état intermédiaire.....2^-04 - x.........2,5^-04 - x................x
état final................2^-04 - xmax....2,5^-04 - xmax.....2,5^-04 - max

2^-04 < 2,5^-04. Ba2+ est donc le limitant.
Il reste 5^-05 mol de SO42-.

Je ne suis pas sûr...

[SoS(17)]

Je lis de "drôles" de choses... : 1,33 = 2,66 ?
Vous calculez mal les concentrations car vous n'êtes pas méthodique.
Je me répète .... Il faut partir de la définition.
Par exemple, [SO4(2-)] = n(SO4(2-))/Vsol et avec vos notations n(SO4(2-)) = n1.
Procédez ainsi pour chaque ion. La concentration en ions baryum est juste. [2Na+] ou [2Cl-] n'existe pas, [Na+] ou [Cl-] existe.

Votre tableau d'avancement est juste, c'est sûr !