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Explication variation constante des gaz parfaits



  1. #1
    Reblochon

    Explication variation constante des gaz parfaits


    ------

    Bonsoir à vous,

    Je fais une nouvelle fois appel à vous dans le cadre de mon rapport de laboratoire de chimie. Je dois expliquer la raison pour laquelle la valeur de R varie. L'expérience était la suivante :
    On remplissait un erlenmeyer (fiole conique) avec de l'HCl en excès (40ml environ, C = 1,0mol/L) et on y mettait entre 0,20 et 0,25g de ruban de magnésium (avec pas mal d'impuretés). J'y ai mis 0,23g. Ensuite, on collectait l'H2 qui se libérait de la manière suivante : on met un bouchon percé sur l'erlenmeyer, dans lequel passait un tube en verre coudé, relié par un tuyau en caoutchouc à un autre tube en verre coudé, et l'H2 qui passait à l'intérieur allait dans un verre à pied gradué retourné dans un cristallisoir rempli d'eau. Enfin bref ça doit pas être bien clair alors voici un schéma trouvé sur internet (je ne peux pas scanner le montage expérimental schématisé sur le mode opératoire ce soir) : http://img402.imageshack.us/img402/8684/image40j.gif

    Donc voilà, la température de l'eau était de 14,7°C (je ne connais pas la marge d'erreur du thermomètre, et aucun groupe n'a pensé à vérifier...), j'obtenais un dégagement de H2 de 242ml (la mesure a été faite en ramenant le niveau de l'eau du cristallisoir au même niveau que celui du verre à pied gradué en enfonçant légèrement celui-ci dans l'eau) et la pression atmosphérique était de 1014hPa.
    L'énoncé :

    A. Calcul de la valeur de la constante R des gaz parfaits

    1°) Calculer le nombre de mole de H2 recueilli en se basant sur la masse de Mg mise en oeuvre et sur la stoechiométrie de la réaction entre Mg et HCl.
    Je ne suis pas sur d'avoir bien compris ce qu'il fallait faire, j'ai écrit l'équation, puis j'ai calculé le nombre de moles de Mg en me basant sur la masse de l'échantillon (n = m / MM), et ça me donne 9,5x10^-3 mol. Quand je fais ça avec H2 (n = pV / RT) j'obtiens 0,01 mol. Ce sont des valeurs assez proches il me semble (à 0,005 mol près). Laquelle est la bonne ?
    2°) Calculer la valeur de R en tenant compte de la tension de vapeur d'eau dans le cylindre gradué.
    En prenant garde d'utiliser les chiffres significatifs convenablement, j'ai repris la tension de vapeur d'eau indiquée dans le cours pour une température de 15°C, et elle vaut 13mm de mercure, ce qui vaut approximativement 1733 Pa, que j'ai déduit des 101400 Pa de la pression atmosphérique (je ne suis pas sur d'avoir bien compris la loi des pressions partielles, donc la loi de Dalton, donc j'hésite entre ajouter et soustraire la tension de vapeur d'eau), on a donc p = 99667 Pa. R = pV/nT (j'ai pris n = 9,5 10e-3, T = 287,8K, p = 99667 Pa et V = 242 10e-6 m³) = 8,8 J par mol par K
    3°) Comparer la valeur obtenue a la valeur 8,314 J mol^-1 K^-1 indiquée dans les tables scientifiques. Calculer le pourcentage d'écart entre la valeur de R trouvée par votre équipe et la valeur indiquée dans les tables scientifiques.
    J'ai un écart de 5,88%, et je ne sais pas l'expliquer. J'ai pensé que R = 8,314 c'était dans les CNTP (p = 1atm et T = 273,15K) mais j'ai vu dans mon cours de phyisque que R = k * nA (constante de Boltzmann * nombre d'Avogadro). On a un produit de deux constantes qui donne une troisième constante, or, le mot "constante" veut bien dire ce qu'il veut dire, et je ne comprends pas comment k ou nA auraient pu varier (je ne comprends même pas la définition de la constante de Boltzmann que j'ai trouvée sur le net).
    J'ai tout de même vérifié à la calculatrice en remplaçant les conditions de l'expérience par les CNTP et j'obtiens environ R = 8,45, ce qui représente une modification de plus d'un dixième, je pense donc que cela n'explique pas la variation.
    J'ai regardé mon cours de physique et de chimie, j'obtiens des notes très convenables dans ces deux matières (+ de 80%), je suis en cours, et je n'ai pas eu cours ni de l'un ni de l'autre depuis lundi, date du labo, donc je n'ai pas pu leur poser la question, et je n'ai pas la moindre idée de la solution.
    PS : nous travaillons en binômes mais mon partenaire ne fout rien...


    B) Calcul de la valeur du volume molaire normal d'un gaz

    Je ne l'ai pas encore fait mais ça me semble pas très compliqué, je présume qu'il suffit de diviser le volume en litres par le nombre de moles pour avoir la réponse, étant donné que le volume molaire s'exprime en litres par mole.


    Voilà, je pense avoir tout dit, mais si vous désirez une précision, n'hésitez pas !
    Je vous remercie d'avance pour votre aide

    -----

  2. Publicité
  3. #2
    Ygo

    Re : Explication variation constante des gaz parfaits

    Bonsoir

    Pas de panique ! Il y a suffisamment de causes d'erreurs et d'incertitudes dans ce genre de TP au Lycée pour que le résultat me semble tout à fait correct !

    Mes élèves faisaient souvent pire...

    Pour la question 1 d'après la stoechiométrie de la réaction tu as n(Mg) = n(H2), et il n'est pas anormal que la valeur trouvée expérimentalement soit légèrement différente de la valeur théorique. Ne te demande pas "laquelle est la bonne", les deux sont "bonnes" mais le résultat d'un calcul et le résultat d'une mesure sont rarement identiques, au Lycée...

    Pour la question B tu peux utiliser la relation n=PV/RT pour calculer V en prenant n=1 et en donnant aux autres lettres les valeurs correspondant aux CNTP, effectivement c'est simple.

    Bon courage !
    Dernière modification par Ygo ; 14/11/2009 à 21h56.

  4. #3
    Reblochon

    Re : Explication variation constante des gaz parfaits

    Citation Envoyé par Ygo Voir le message
    Bonsoir

    Pas de panique ! Il y a suffisamment de causes d'erreurs et d'incertitudes dans ce genre de TP au Lycée pour que le résultat me semble tout à fait correct !

    Mes élèves faisaient souvent pire...

    Pour la question 1 d'après la stoechiométrie de la réaction tu as n(Mg) = n(H2), et il n'est pas anormal que la valeur trouvée expérimentalement soit légèrement différente de la valeur théorique. Ne te demande pas "laquelle est la bonne", les deux sont "bonnes" mais le résultat d'un calcul et le résultat d'une mesure sont rarement identiques, au Lycée...

    Pour la question B tu peux utiliser la relation n=PV/RT pour calculer V en prenant n=1 et en donnant aux autres lettres les valeurs correspondant aux CNTP, effectivement c'est simple.

    Bon courage !
    Oui mais le problème c'est que ma prof demande d'expliquer la variation, et il y a une partie spéciale dans le rapport pour parler des erreurs de mesure etc, je suppose donc qu'il y a une explication "chimique" à cela, c'est pour ça que j'ai posé la question, mais peut-être que je suppose mal.

    Pour le B ça me semble assez simple, et la réponse doit tourner autour des 22,4 L/mol normalement (c'est la valeur à la fois dans mon cours de physique et de chimie pour le volume occupé par une mole d'un gaz parfait dans les CNTP, ici il y a des conditions de température et de pression particulières mais c'est tout bête).

    Merci pour ta réponse en tout cas !

  5. #4
    Ygo

    Re : Explication variation constante des gaz parfaits

    re-bonsoir

    Tu peux simplement dire que la mesure du volume n'est pas parfaitement exacte (éventuelle erreur de parallaxe, graduation imparfaite, présence de gouttes d'eau...), que la température de l'eau n'était peut-être pas tout à fait égale à celle du gaz (effet des échanges de chaleur avec l'air ambiant ou avec les mains), qu'il y avait peut-être des impuretés dans le magnésium, que le dihydrogène est très légèrement soluble dans l'eau, que les mouches t'ont distrait, que... que... que...

    Bref, comme ton calcul porte sur des valeurs qui n'étaient pas parfaites, le résultat ne peut pas être parfait !
    Et il faudra bien que tu t'habitues, en TP c'est souvent comme ça, mais ça n'empêche pas les expériences d'être intéressantes.

    Bonne fin de week-end quand même !

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Reblochon

    Re : Explication variation constante des gaz parfaits

    D'accord, merci de ton aide
    Il n'y a donc pas vraiment de raison particulière, c'est juste une erreur dans la mesure.

    Merci beaucoup, à toi aussi

  8. #6
    Ygo

    Re : Explication variation constante des gaz parfaits

    Re-Re-Bonsoir

    Tu peux mettre le pluriel : "Erreurs" dans les mesures (n'oublions pas qu'il y a plusieurs mesures de grandeurs physiques différentes : masse, température, volume, pression)
    Mais ne donne pas au mot erreur son sens habituel qui est un peu péjoratif. Ce ne sont pas forcément des erreurs commises parce que le travail a été bâclé, les mesures maladroites, ou le partenaire peu motivé ! Ce sont des petites erreurs dont certaines ne dépendent pas de toi (qualité du matériel, pureté des réactifs) et d'autres peuvent être minimisées en étant soigneux, mais jamais totalement supprimées.

    Si tu savais le nombre d'expériences ratées ou de mesures cafouilleuses j'ai pu faire dans ma carrière... tu rigolerais bien !

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  10. #7
    Reblochon

    Re : Explication variation constante des gaz parfaits

    Un grand merci à toi en tout cas

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