SOS physique-chimie

Bonjour,

J'aurais besoin d'aide pour me corriger mon DM que j'ai fais presque entièrement. En effet, il y a des questions auxquelles je n'arrive à répondre malgré ma ferme volonté...
Ce DM est évidemment noté...
J'espère avoir un maximum d'aide de votre part !
Merci d'avance,
Sissi.

PS : Vous trouverez en pièce jointe le DM

Voici mes réponses :

Partie n°1 : Taux d'alcoolémie
a) En analysant les données nous pouvons remarquer que deux des espèces chimiques sont colorées. De plus, nous pouvons voir grâce à la formule dans les données de l'énoncé que le Cr2O72- est jaune orangé et est présent dans les réactifs puis se transforme en Cr3+, lui, de couleur verte dans les produits. Ainsi, le fait qu'il y est présence de couleur en solution aqueuse au départ et à l'arrivée, permet d'établir une l'évolution du système à l'aide d'un spectrophotomètre.

b) Tableau d'avancement :
Équation 3C2H6O (aq) + 2Cr2O72- (aq) + 16H+(aq) 3 C2H4O2(aq) + 4Cr3+(aq) + 11H2O(l)

État Avancement Quantité de matières (en mol)
État initial x 3,77*10-5 5,0*10-1 6,25*10-4 0 0 0
État intermédiaire x = 0 3,77*10-5 - 3x 5,0*10-1-2x 6,25*10-4-16x 3x 4x 11x
État final x = .. 3,77*10-5 - 3xmax 5,0*10-1-2xmax 6,25*10-4-16xmax 3xmax 4xmax 11xmax

Calcul de la quantité de matière de 3C2H6O :
n(3C2H6O) = p*(V/M)
n(3C2H6O) = 1*(2,0*10-3/53)
n(3C2H6O) = 3,77*10-5
Calcul de la quantité de matière de 16H+ :
n(16H+) = p*(V/M)
n(16H+)= 1*(2,0*10-3/16)
n(16H+)= 6,25*10-4


c) Calcul de la valeur soit la quantité de matière de n2 :
Calculons la quantité de matière de n2 soit la quantité d'ions dichromate introduit dans le mélange :

Dans un premier temps, calcul de la concentration molaire :
n(2K++Cr2O72-) = 2M(k)+M(Cr)+M(O)
n(2K++Cr2O72-) = 78,2 + 52 + 16
n(2K++Cr2O72-) = 146,2 mol.L-1
Puis calculons la quantité de matière :
n(2K++Cr2O72-) = M * V
n(2K++Cr2O72-) = 146,2 * (10*10-3)
n(2K++Cr2O72-) = 1,46

d) Calcul de l'avancement maximal de Cr2O72- :
L'avancement maximal est de 2,5*10-1

e) Recherche de la relation : ........................

f) .....................................................................

g) ...........................................................................

h) 1. Calcul de la quantité de matière de l'éthanol :
n = M*V
n = 46*(2,0*10-3)
n = 9,2*10-2 mol
2. Calcul de la concentration massique de l'éthanol :
Cm = m/V


Partie n°2 : Suivi d'une transformation chimique

1)
a) La solution de diiode absorbée davantage est le bleu parce que sa longueur d'onde maximal est d'environ 423nm. Ainsi, la couleur que l'on observe est sa complémentaire soit le jaune.
b) Il faut régler le spectrophotomètre sur le maximum de la longueur d'onde, soit environ 423nm ici.
2)
a) Le mélange n'est pas stœchiométrique car la droite n'est pas linéaire.
b) Tableau d'avancement :
Equation H2O2(aq) + 2I-(aq) + 2H+(aq) -------> I2(aq) + 2H2O(l)

Etat Avancement Quantité de matière (en mol)
Etat initiale x 2,0*10-4 2,0*10-3 * 0 0
Etat intermédiaire x = 0 2,0*10-4-x 2,0*10-3-2x * x 2x
Etat final xmax = ...... 2,0*10-4-xmax 2,0*10-3-2xmax * xmax 2xmax


Calcul de la quantité de matière de chaque espèces chimiques :
1. n(H2O2) = C*V
n(H2O2) = 0.10*(2,0*10-3)
n(H2O2) = 2,0*10-4 mol

2. n(2I-) = C*V
n(2I-) = 0.10* (20*10-3)
n(2I-) = 2,0*10-3 mol


c) D'après le tableau présent sur le sujet, on observe que le diiode n'est pas le réactif limitant. En effet, xmax qui est de la valeur de 2,0*10-4 mol représente le xmax de l'eau oxygénée. C'est donc l'eau oxygénée qui est le réactif limitant.
d) On le prouve par calcul mathématique que l'eau oxygénée est le réactif limitant :
2,0*10-3 -2x = 0
-2x = -2,0*10-3
x = -2,0*10-3/-2
x = 1,0*10-3
En effet, 1,0*10-3 est plus petit que 2,0*10-4 mol ainsi on en déduit le réactif limitant.
3) Lorsque le mélange réactionnel atteint t= 300s sont avancement est alors de 0,9*10-4 mol.

Bonjour,

Je vais vous répondre en plusieurs messages selon mon avancé dans l'exercice.
Pour la question a, je suis d'accord avec vous.
Pour la question b, il ne faut pas mettre de valeur dans le tableau car on vous dit "en notant n0 la quantité de matière initiale d'alcool présent dans les 2,0 mL de sang et n2 la quantité initiale en ions dichromate introduits dans le mélange réactionnel". Utilisez ces notations d'autant plus que le calcul de n2 n'est demandé qu'à la question c.
Autre chose : on est en solution aqueuse acidifiée donc il y a beaucoup d'ions H+ à l'état initial mais vous ne pouvez pas en connaître la quantité initiale et de plus, à l'état initial, il y a déjà une grande quantité d'eau et non 0 comme vous l'écrivez dans votre tableau).

Cela n'a aucun sens de dire quantité de matière de 3 C2H6O, ou de 16 H+ ou encore de 2 Cr2O72- car les nombres 3, 16 et 2 sont les nombres stoechiométriques de l'équation de non rien à voir avec une quantité de matière à l'état initial. Il faut parler des quantités n(C2H6O)i, n(H+)i et n(Cr2O72-)i. Et comme je l'ai écris plus haut, vous ne pouvez calculer n(H+)i mais cela n'a pas d'importance car ces ions sont en excès.

Pour la question c, je ne comprends pas du tout ce que vous faites.
Vous dites que vous calculez une concentration que vous notez n et qui est en fait une masse molaire !
Vous connaissez le volume de la solution initiale d'ions dichromate ainsi que sa concentration avant mélange, vous pouvez donc calculer directement n2 = n(Cr2O72-)i

Je vous laisse corriger le début de l'exercice avant de passer à la suite.

En attendant que vous avanciez sur l'exercice n°1, voici quelques remarques sur l'exercice n°2.
Je suis d'accord avec vous pour les réponses aux questions 1. a et b.
Pour la question 2, que voulez-vous dire par "la droite n'est pas linéaire" ? Une droite est forcément linéaire.
Pour savoir si le mélange est stoechimétrique, il faut calculer les quantités initiales de réactifs.

Je vous laisse réfléchir à tout cela.

Bonjour, et merci de votre réponse rapide !
Vos commentaires m'ont aidé à me rectifier sur des erreurs que je n'avais pas remarqué du tout !!

Voici, mon devoir corrigé pour l'exercice 1 cependant je patauge pour les questions f et g, sinon pouvais me dire si le reste est bon?
Merci d'avance,
Sissi

Mon devoir est ci-dessous que sur le premier exercice :
a) C'est bon, vous m'avez répondu.
b)
Equation 3C2H6O (aq) + 2Cr2O72- (aq) + 16H+(aq) --> 3 C2H4O2(aq) + 4Cr3+(aq) + 11H2O(l)
Etat Avancement Quantité de matières (en mol)
Etat initial x x n0 n2 excès 0 0 excès
Etat intermédiaire x = 0 n0 - 3x n2 - 2x excès 3x 4x excès
Etat final xmax = ... n0 - 3xmax n2 - 2xmax excès 3xmax 4xmax excès


c) Calcul de la valeur soit la quantité de matière de n2 :
Calculons la quantité de matière de n2 soit la quantité d'ions dichromate introduit dans le mélange :
n2= V2*C2 = 10,0.10-3x 2,0.10-2 = 2,0 × 10-4 mol

d) Calcul de l'avancement maximal de Cr2O72- :
Si Cr2O72- est le réactif limitant on a : nf(Cr2O72- ) = 0 soit n2 -2xmax1 = 0
donc xmax1 = n2/2 = 2,0 × 10-4/2 = 1,0 × 10-4 mol
L'avancement maximal est de 1,0 × 10-4 mol

e) Recherche de la relation :
On peut observer grâce au tableau d'avancement que l'on a :
n(Cr2O72-) = n2 - 2x or n(Cr2O72-) = C(Cr2O72-)*V
donc C(Cr2O72-)*V = n2 - 2x

f) ---------------------------------------------
g) --------------------------------------------

Je suis d'accord avec vous pour l'ensemble de vos réponses jusqu'à la question e comprise (attention c'est c' et non c pour la concentration en ions dichromate).
Pour la suite, utilisez la relation A420 = 150.c' pour en déduire l'expression de c' que vous remplacez dans l'expression de la question e. Puis avec quelques calculs, vous devez retrouver l'expression donnée, à savoir : x = (10 - 4.A420)x10-5
Je vous laisse chercher.

Voici, la suite de mon devoir et encore merci pour votre aide précieuse :

f) Avec la loi Beer-Lambert nous obtenons l'ordre d'idée suivant sur la courbe à étudier :


1. Recherche d'abord du coefficient directeur...
A420 = k C'(Cr2O72- ) : k est le coefficient directeur de la courbe A420 = f (C'(Cr2O72- ))
k = A420 (O) - A420 (S1) / C (O) – C (S1) = 1,5 -0 / 0.010-0 =1,5*102 L/mol
On a donc A420 = 1,5*102 donc C(Cr2O72- ) = A 420/1,5*102
2. D’après la question "e)" :
C(Cr2O72- ) V = n2 – 2x donc A420/ 1,5.102*V = n2 – 2x soit 2x = n2 – A420/1,5.102*V
Soit x = n2/2 – A420 /1,5.102*V/2
= 1,0.10-4 - A420 * 12,0.10-3/ 2*1,5.102
= 10.10-5- A420 * 4,0 10-5
= (10,0 - A420 *4,00)* 10-5 (CQFD)

g) Calcul de l'avancement maximal et en déduire que le réactif limitant est l'éthanol :
(A420)f = 2,39 on remplace d'après le résultat obtenu antérieurement la valeur de A420 qui nous est donnée. Ainsi, xmax = (10,0 – 2,39*4,00) 10-5 = 4,40*10-6 mol
Donc, on peut en conclure que le xmax de l'éthanol (4,40*10-6 mol) est inférieure au xmax1 soit l'ion dichromate(1,0*10-4 mol) donc c’est l’éthanol qui est le réactif limitant.

h) En connaissant le réactif limitant (éthanol) nous utiliserons donc la valeur :
n0 – 3xmax éthanol = 0
On remplace par les valeurs ce qui nous donne : n0 = 3xmax éthanol donc :
3x 4,40*10-6 = 1,32*10-5 mol
Et pour connaitre la quantité de matière nous utilisons la formule suivante : m = n*M
m0 = n0* M(C2H60) =1,32*10-5 * 46,0 = 6,07*10-4 g
Je tiens à conclure que notre individu est complètement ivre, puisqu'il a 3,035*10-1g/L dans le sang. Alors, interdiction de conduire !

Je suis d'accord avec vous pour la partie 2 de la question f mais je ne vois pas pourquoi vous faites la partie 1 avec la recherche du coefficient directeur.
Pour les questions g et h, c'est correct. Vous avez bien travaillé.

S'arrête-t-on là où devez-vous également faire l'exercice n°2 ?

J'ai estimé utile de calculer le coefficient directeur puisque j'ai créé un graphique, pour m'aider à visualiser "la bête" ;) !

Cela ne vous gêne pas si l'on continue, de cette façon j'aurai conclu mon DM se soir..

Continuons.
Je vous avais fait des remarques sur la suite dans mon message de 1:11 que je vous laisse regarder.

Voici mes réponses de l'exercice 2, qui ne sont vraiment pas sûr. Et pour la question 2) a) Je n'arrive pas à comprendre comment on peut savoir si un mélange est stœchiométrique... Pourriez vous me montrer ?

b)
Equation H2O2(aq) + 2I-(aq) + 2H+(aq) I2(aq) + 2H2O(l)

Etat Avancement Quantité de matière (en mol)
Etat initiale x n(H2O2) N(I-) excès 0 excès
Etat intermédiaire x = 0 n(H2O2)-x N(I-)-2x excès x excès
Etat final xmax = ...... n(H2O2)-xmax N(I-)-2xmax excès xmax excès


Calcul de la quantité de matière de chaque espèces chimiques :
1. n(H2O2) = C*V
n(H2O2) = 0.10*(2,0*10-3)
n(H2O2) = 2,0*10-4 mol
2. n(2I-) = C*V
n(2I-) = 0.10* (20*10-3)
n(2I-) = 2,0*10-3 mol

c) D'après le tableau présent sur le sujet, on observe que le diiode n'est pas le réactif limitant. En effet, xmax qui est de la valeur de 2,0*10-4 mol représente le xmax de l'eau oxygénée. C'est donc l'eau oxygénée qui est le réactif limitant.
d) On le prouve par calcul mathématique que l'eau oxygénée est le réactif limitant :
2,0*10-3 -2x = 0
-2x = -2,0*10-3
x = -2,0*10-3/-2
x = 1,0*10-3
En effet, 1,0*10-3 est plus petit que 2,0*10-4 mol ainsi on en déduit le réactif limitant.
3) Lorsque le mélange réactionnel atteint t= 300s sont avancement est alors de 0,9*10-4 mol.

Je suis d'accord avec les quantités de matière initiale en eau oxygénée et ions iodure mais attention, il faut écrire n(I-) et non n(2I-) car il s'agit de la quantité d'ions iodure, le 2 étant lié à l'équation et pas à cette quantité.

Les réactifs sont dans les proportions stoechiométriques si, à l'état final, leurs quantités sont nulles et cela implique que lorsque vous écrivez :
n(H2O2) - xmax = 0 et n(I-) - 2.xmax = 0
vous trouviez une même valeur de xmax.
Or d'après vos calculs, ce n'est pas le cas donc le mélange n'est pas stoechiométrique.

L'eau oxygénée est bien le réactif limitant mais il est faux d'écrire : "1,0*10-3 est plus petit que 2,0*10-4 mol", c'est l'inverse mais cela correspond bien à H2O2 limitant.
Je suis d'accord avec xmax = 2,0.10-4 mol

Je ne vois pas la réponse à la question c : relation entre c(I2) et x ?
Il n'y a pas non plus la fin de la question d : valeur théorique de la concentration en diiode formé lorsque la transformation est terminée ?

Et pour la question 3, cela ne suffit pas de dire que pour t = 300 s, x = 0,9.10-4 mol. On vous demande la composition du mélange à cette date.

Il vous reste donc encore un peu de travail.
J'attends vos réponses.

Bonojour,
Désolé mais j'ai dû partir en catastrophe pour un RDV imprévu...

SoS(4) a écrit :L'eau oxygénée est bien le réactif limitant mais il est faux d'écrire : "1,0*10-3 est plus petit que 2,0*10-4 mol", c'est l'inverse mais cela correspond bien à H2O2 limitant.
Je suis d'accord avec xmax = 2,0.10-4 mol

Je ne comprends pas, 1,0*10-3 est justement plus grand que 2,0*10-4 à cause des puissances non ?

La suite de mon devoir :

c) Recherche de la relation : entre C(I2) et l'avancement x :

On peut observer grâce au tableau d'avancement que l'on a :
n(I2) = n - 2x or n(I2) = C (I2)*V
donc C (I2)*V = n - 2x

d) On le prouve par calcul mathématique que l'eau oxygénée est le réactif limitant :
- n(H2O2)-xmax donc 2,0*10-4 -x = 0
--- x= 2*10-4 mol
N(I-)-2xmax donc 2.10-3-2x=0
--- x = 1*10-3 mol
En effet, 1,0*10-3 est plus petit que 2,0*10-4 mol ainsi on en déduit le réactif limitant.
La valeur théorique de concentration de diiode formé lorsque la transformation est terminée :
1*10-3-2*10-4= 8,0*10-4 mol

3) Lorsque le mélange réactionnel atteint t = 300s sont avancement est alors de 0,9*10-4 mol.

Bonjour,
Il vous faut reprendre cet exercice à partir du tableau d'avancement dont je vous donne un "corrigé" ci dessous.
\(n_1=2,0.10^{-3} mol\) et \(n_2=2,0.10^{-4} mol\) donc le réactif limitant est bien l'eau oxygénéeH2O2

Bonjour,
Voici la fin de mon devoir...
Désolé de ce temps de silence seulement mon ordinateur à planter en beauté et je l'ai récupérer hier dans en début de soirée..

d) On le prouve par calcul mathématique que l'eau oxygénée est le réactif limitant :
- n(H2O2)-xmax donc 2,0*10-4 -x = 0
--- x= 2*10-4 mol
N(I-)-2xmax donc 2.10-3-2 x = 0
--- x = 1*10-3 mol
En effet, 2,0*10-4 est plus petit que 1,0*10-3 mol ainsi on en déduit le réactif limitant.
La valeur théorique de concentration de diiode formé lorsque la transformation est terminée :
1*10-3-2*10-4= 8,0*10-4 mol
3) Lorsque le mélange réactionnel atteint t = 300s sont avancement est alors de 0,9*10-4 mol.
Ainsi, nous pouvons en déduire la composition du mélange :
T(300s) = 0,9*10-4 mol
1. Calcul pour H2O2 en sachant que la quantité est de 2,0*10-4 mol.
2,0-10*-4 - 0,9*10-4 = 1,1*10-4 mol
2. Calcul pour I+ = 1,0*10-3 mol.
1,0*10-3 - 0,9*10-4 = 9,1*10-4 mol