xmax

[invite8663eb39]

Bonjour; jai un gros probleme avec cet exercice, pouvez vous maider?

L'éthanol, de formule CH3-CH2-OH, réagit de manière totale avec le sodium, suivant l'équation chimique (réaction 1) : 2 CH3-CH2-OH(ℓ) + 2 Na(s) ---> 2 CH3-CH2 O-(éthanol) + 2 Na+(éthanol) + H2(g)
L'ion éthanolate CH3-CH2-O- formé réagit avec l'eau en formant de l'éthanol et des ions hydroxyde, selon une réaction appelée réaction 2.
Protocole
- Dans 20,0 mL d'éthanol pur, on introduit 1,00 g de sodium; une transformation assez vive, exothermique, se produit. Elle a lieu sans variation du volume de la solution et est accompagnée d'un dégagement gazeux important.
- Après s'être assuré que tout le sodium a disparu, on refroidit le mélange réactionnel. On le verse dans une fiole jaugée de 200 mL contenant déjà un peu d'eau distillée. On complète jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée et on agite la solution. Soit S la solution homogène obtenue.
- On titre par conductimétrie une prise d'essai de 10,0 mL de solution S par une solution d'acide chlorhydrique, de concentration en ion oxonium [H3O+] = 1,0 Mol·L-1.
Données
Masses molaires atomiques: M(Na) = 23,0 g.mol-1 ; M(O) = 16,0 g.mol-1 ; M(C) = 12,0 g.mol-1 ; M(H) = 1,0 g.mol-1. Densité de l'éthanol : d = 0,79.

1. Déterminer quel est le réactif limitant et construire le tableau davancement
2. Calculer les concentrations des espèces présentes dans la solution à la fin de la transformation et avant dilution.
3. Donner la valeur du taux d'avancement final de la réaction 1.

Je crois avoir bien répondu a ces question mais la 3eme me gène. Jai xf grace a mon calcul du réactif limitant mais comment trouver xmax pour calculer le taux d'avancement??

dautre part, dans une autre question on me demande les espèces présentes dans la solution S a létat final (pour létude de la réaction2) dois-je indiquer le sodium? je ne lai pas indiqué dans mon équtation de la réaction 2 mais la question suivante me demande de calculer les concentration de Na+ a létat final? comment faire?
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[inviteca95edad]

1. Déterminer quel est le réactif limitant et construire le tableau davancement


n(éthanol)i =
[(d(éthanol)* masse volumique(eau))*(V(ethanol))]/ M(éthanol)

<=> 2 x1 = (0, 79*1*20, 0)/ 46, 0 = 0,343 mol.

n(Na)i = m(Na)/ M(Na)
<=> 2 x2 = 1,00/ 23,0 = 0,043 mol


x1= “0,343”/2 = 0,172 mol
x2= “0.043”/2 = 0,022 mol

x2<x1 donc x2 = xmax = 0,022 mol => C’est le sodium le réactif limitant

Remarque : les pointillés veut dire que l’on reprend le calcul précédent car ce sont des valeurs approximatives données à 3 chiffres significatifs.


Tableau d’avancement :

2 Ch3-CH2-OH (l) + 2 Na (s) => 2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 Na+ (éthanol) + H2 (g)

Etat initial: (dans l’ordre de la réction 1): 0,343 0,043 0 0 0

Etat intermédiaire : 0,343- 2x1 0,043-2x2 2x 2x « excès »

Etat final : 0,343-2xmax= 0,3 0,043-2xmax=0 2xmax= 0,043
2xmax= 0,043 « excès »


2. Calculer les concentrations des espèces présentes dans la solution à la fin de la transformation et avant dilution.


« à la fin de la transformation » <=> à l’état final réaction 2.

Car transformation= réaction 1 + réaction 2 mais comme ici on ne s’intéresse qu’à la solution (S), on ne prend pas en compte le sodium et on considère seulement l’éthanol :

Explication :

« Après s'être assuré que tout le sodium a disparu, on refroidit le mélange réactionnel.
Ce qui va permettre de bloquer la réaction 2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 Na+ (éthanol)(on ne prend pas en compte H2 car il y a dégagement gazeux sous forme de chaleur (réaction 1 exothermique)) puisque la température est un facteur cinétique...

Réaction 1:

2 Ch3-CH2-OH (l) + 2 Na (s) => 2 CH3-CH2-O- (éthanol) +
2 Na+ (éthanol) + H2(g)

On le verse dans une fiole jaugée de 200 mL contenant déjà un peu d'eau distillée. On complète jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée et on agite la solution. Soit S la solution homogène obtenue. » ...de même que la concentration (vu que la solution S dérive de la dilution des ions éthanolate + ions sodium => leur concentration sera plus faible ce qui bloquera une seconde fois leur réaction).

Après, la réaction 2, ce sont ces ions éthanolate qui vont réagir avec l’eau pour former de l’éthanol et des ions hydroxyde : c’est ce qu’il se passe lors de la dilution et la fin de ta transformation sera atteint après homogéinisation.
Donc à la fin de la transformation ce qui t’intéresse c’est l’éthanol formé.

Réaction 2:

« L'ion éthanolate CH3-CH2-O- formé réagit avec l'eau en formant de l'éthanol et des ions hydroxyde, selon une réaction appelée réaction 2. »

Donc: 2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 H20 (l) => 2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq)

Or pour pouvoir déterminer sa concentration, on réalise un titrage :

« On titre par conductimétrie une prise d'essai de 10,0 mL de solution S par une solution d'acide chlorhydrique, de concentration en ion oxonium [H3O+] = 1,0 Mol•L-1. »

D’où la réaction de titrage (réaction 3) :

2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq) + 2( H3O+(aq) + Cl-(aq)) =>
2 CH3-CH2-OH (aq) + 4 H20 (l) + 2Cl-(aq)

<=>

2 CH3-CH2-OH (aq) + 2 OH-(aq)+ 2 H3O+(aq) + 2 Cl-(aq) =>
2 CH3-CH-OH (aq) + 4 H2O (l) + 2 Cl-(aq)

donc C (Solution S) = 2 [éthanol]f (réaction 2) = 2 [H3O+] donc
[éthanol]f (réaction 3) = 1 mol/L

(d’après l’équation de la réaction 3).


« avant dilution » :

[éthanol]f =0,3/ 20,0 = 0,015 mol/L

[Na] f= 0/20,0 = 0 mol/L


3. Donner la valeur du taux d'avancement final de la réaction 1.

Taux = xf/xmax

2 Xf= n(éthanol)f (réaction 2)=
[éthanol]f (réaction 2) * V(Solution S)

2 Xf= 1*10.10-3

xf= 5.10-3 mol

donc taux= 5.10-3/0,022 = 0,23 soit 23 %

Je ne sais pas si c’est ça mais tant pis je me lance dans l’espoir de t’aider ou de te donner un déclic...

[invite8663eb39]

Merci énormément pour votre réponse mais je ne comprend pas pourquoi est ce qu'on a :
« avant dilution » :
[éthanol]f =0,3/ 20,0 = 0,015 mol/L
[Na] f= 0/20,0 = 0 mol/L

Dautre part, Taux = xf/xmax
oui. mais que vaut xmax??? pourquoi prennez vous 2xf pour avoir xmax?? N'avez vous pas inversé xf et xmax?

de plus; dans une autre question on me demande les espèces présentes dans la solution S a létat final (pour létude de la réaction2) dois-je indiquer le sodium? je ne lai pas indiqué dans mon équtation de la réaction 2 mais la question suivante me demande de calculer les concentration de Na+ a létat final? comment faire?

Et enfin un dernier point me bloque, dans l'étude du titrage, je dois calculer les concentration en Na+ et OH-, comment dois-je faire?
Jai pour équation 3 :
H3O+ + OH- ---> 2H2O

est ce bien cela??

[invite8663eb39]

(et enfin, est ce possible davoir un pH=0 pour la solution d'acide chlorhydrique du titrage)

Mais avant tout, ce qui me bloque vraiment cest le calcule du taux pour la réaction 1, puis enfin le calcule de la contration de HO- et Na+ (Na+ n'apparait meme pas dans mon équation de réaction...)

Cordialement

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteca95edad]

Bonsoir. Excuse-moi d'avoir été un peu rapide, je vais essayer de répondre à tes autres questions.


« avant dilution » :
[éthanol]f =0,3/ 20,0 = 0,015 mol/L

En fait, dans le tableau d'avancement pour l'éthanol à l'état final:

on a: (environ) 0,343 - 2 xmax

j'entreprends le calcul suivant: [(0,79*1*20,0)/(46,0)] - 2 xmax

avec xmax= x2 (ou n(Na))= [1,00/ 23,0] / 2 = 0,0217391 (en valeur exacte) mais cela donne 0,022 avec 3 chiffres significatifs

d'où (en reprenant la valeur exacte):

[(0,79*1*20,0)/(46,0)] - 2*(0,0217391) = 0,3

ce qui correspond à la quantité de matière d'éthanol à l'état final.

Pour avoir la concentration (en éthanol), je divise par le volume (qui est de 20,0 mL):

0,3/ (20,0.10-3)= 15 mol/L

Je suis désolée, j'avais oublié de mettre le volume en litre !

Il faut avouer que moi aussi j'ai un peu de mal

Et pour le sodium, ça ne change pas gros chose:

[Na] f= 0/(20,0.10-3) = 0 mol/L

Je te mets déjà ça et je vais voir la suite ...

[inviteca95edad]

Dautre part, Taux = xf/xmax
oui. mais que vaut xmax??? pourquoi prennez vous 2xf pour avoir xmax?? N'avez vous pas inversé xf et xmax?

En fait, x max je le calcule à partir du tableau d'avancement, sachant que le sodium est le réactif limitant.

Donc on a (pour le sodium), (environ)0,043 - 2 xmax = 0

d'où xmax= (environ) 0,022 mol (en valeur exacte:

2xmax = (1,00/23) => xmax= (1,00/23)/2 )

[inviteca95edad]

de plus; dans une autre question on me demande les espèces présentes dans la solution S a létat final (pour létude de la réaction2) dois-je indiquer le sodium? je ne lai pas indiqué dans mon équtation de la réaction 2 mais la question suivante me demande de calculer les concentration de Na+ a létat final? comment faire?

Je pense mais je ne suis pas sûre que pour pouvoir calculer la concentration en ions Na+ à l'état final, il te suffit de calculer la concentration en ions éthanolate à l'état final car leur concentration sont identiques.

Pour cela, tu reprends la réaction 1 et le tableau d'avancement et normalement cela vaut (2 xmax)/ (20,0*10.-3) et tu trouves une concentration en ions sodium de 2,17 mol/L (en reprenant la valeur exacte de xmax qui correspond à la quantité de matière initiale en sodium divisée par 2).

Et pour la réaction 2, normalement le sodium ne figure pas dans l'équation de la réaction. Moi si je lis bien l'énoncé:

L'ion éthanolate CH3-CH2-O- formé réagit avec l'eau en formant de l'éthanol et des ions hydroxyde, selon une réaction appelée réaction 2

je comprends:

2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 H20 (l)

=> 2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq)

mais après peut-être que je me trompe (ça fait un petit moment que je n'ai pas fait de chimie générale; moi je fais de la biochimie car je suis en première année de médecine et ça change un peu: il y a plus de par coeur que d'exercices )

[inviteca95edad]

Et enfin un dernier point me bloque, dans l'étude du titrage, je dois calculer les concentration en Na+ et OH-, comment dois-je faire?
Jai pour équation 3 :
H3O+ + OH- ---> 2H2O

est ce bien cela??

Oui c'est bien ça.

Pour la concentration en ions OH-, je pense que c'est la même que celle des ions Na+ car:

dans la réaction de titrage, les réactifs sont
en fait les produits de la réaction 2 + l'acide chlorhydrique que tu ajoutes et ces produits sont issus de la transformation des réactifs (de la réaction 2) qui sont entre autres l'ion éthanolate que tu retrouves dans les produits de la réaction 1 et l'eau que tu ajoutes par dilution.

Tu mets toutes ces réactions "sur une même ligne", un peu comme une réaction en chaîne sauf qu'ici ce sont l'ensemble des réactions qui constituent la transformation générale...

mais attention, ce n'est qu'une idée, ce que je dis peut être faux, il me faudrait tout l'énoncé pour bien faire mais si je peux de donner quelques pistes...

[invite8663eb39]

Ah daccord, je comprends maintenant =) Merci

Mais comment pourrais-je calculer la contration de HO-???(lors de la 3e réaction) sachant que OH- = xf, (mais xf, du 3e tableau davancement = 3eme réaction) dois-je recalculer xf? Ou prendre le xf de la réaction 1 suffirait??


EDIT : mon probleme cest que Na+ n'intervient pas dans la réaction 3...

[inviteca95edad]

(et enfin, est ce possible davoir un pH=0 pour la solution d'acide chlorhydrique du titrage)

Mais avant tout, ce qui me bloque vraiment cest le calcule du taux pour la réaction 1, puis enfin le calcule de la contration de HO- et Na+ (Na+ n'apparait meme pas dans mon équation de réaction...)

Cordialement

Ben, je crois avoir répondu à peu près à tout. Pour le taux, moi je fais comme ça:

taux = xf / xmax

avec xf = 5.10-3 mol

car

2 Xf= n(éthanol)f (réaction 2)=
[éthanol]f (réaction 2) * V(Solution S)

2 Xf= 1*10.10-3

xf= 5.10-3 mol

et xmax= 0.022 (environ)

ça donne taux= 5.10-3/0,022 = 0,23 soit 23 %

[inviteca95edad]

Ah pardon j'oubliais:

"(et enfin, est ce possible davoir un pH=0 pour la solution d'acide chlorhydrique du titrage)"

Oui théoriquement c'est possible puisque l'acidité d'une solution se définit par le fait que:

à 25°C, on dira qu'une solution est acide si:

[H3O+] > 1.10-7 mol/L

car ainsi log [H3O+] > log (1.10-7)

(la fonction du logarithme décimal étant strictement croissante...)

- log [H3O+] < - log (1.10-7) => l'ordre est donc inversé

et donc pH < 7

0<7 donc normalement la définition s'applique...

par contre un pH négatif, à ma connaissance, c'est impossible !

[invite8663eb39]

mais xf=5*10-2...

EDIT : sinon je crois avoir bien compris, ce qui me gène a présent c'est encore la concentration de OH-...

[inviteca95edad]

Bon courage ! Désolée encore et j'espère t'avoir aider quand même

Bonne soirée

[inviteca95edad]

"Ah daccord, je comprends maintenant =) Merci

Mais comment pourrais-je calculer la contration de HO-???(lors de la 3e réaction) sachant que OH- = xf, (mais xf, du 3e tableau davancement = 3eme réaction) dois-je recalculer xf? Ou prendre le xf de la réaction 1 suffirait??


EDIT : mon probleme cest que Na+ n'intervient pas dans la réaction 3...

mais xf=5*10-2...

EDIT : sinon je crois avoir bien compris, ce qui me gène a présent c'est encore la concentration de OH-... "

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Encore désolée, je n'ai vu que tes réponses après.

Pour la concentration des ions OH- (réaction 3), à l'état initial donc puisque dans cette réaction ils sont réactifs, cela revient à calculer la concentration de ces mêmes ions mais à l'état final de la réaction 2


Voici la réaction 2 :

2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 H20 (l)

=> 2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq)

Là, les ions OH- font partis des produits mais dans la réaction 3

2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq) + 2( H3O+(aq) + Cl-(aq)) =>
2 CH3-CH2-OH (aq) + 4 H20 (l) + 2Cl-(aq)

<=>

2 CH3-CH2-OH (aq) + 2 OH-(aq)+ 2 H3O+(aq) + 2 Cl-(aq) =>
2 CH3-CH-OH (aq) + 4 H2O (l) + 2 Cl-(aq)


ils sont devenus réactifs car tu reprends ce qu'il s'est produit de la réaction 2 et tu ajoutes l'acide chlorhydrique.

ce qui fait que leur concentration à l'état initial de la réaction 3 est la même que celle de l'état final de la réaction 2...

Donc, on reprend la réaction 2:

2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 H20 (l)

=> 2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq)

Le tableau d'avancement donne : (dans l'ordre de la réaction)

Etat initial: 2 xmax excès(pour l'eau) 0 0
Etat final: 2 xmax-2 xf excès 2 xf 2xf

pourquoi 2 xf ? parce que le nombre stœchiométrique est 2

après, concernant le xf, tu ne recalcule pas à nouveau mais tu reprends celui de la réaction 1 car comme je te l'ai dit plus haut "ça s'enchaîne"


Quand je t'avais dit,

"Pour la concentration en ions OH-, je pense que c'est la même que celle des ions Na+ " c'est faux (je m'en veux)

(je n'étais pas sûre car je dois avouer que moi aussi je me m'en mêle les pinceaux mais je pense avoir compris maintenant !)

Alors: [OH-] = 2 xf / (200.10-3) = 2*(5.10-3)/(200.10-3)

car je crois que le volume pour la réaction 2 c'est 200 ml

et on trouve une concentration en ions OH- de 0,5 mol/L

[inviteca95edad]

Re bonne soirée !

Et de rien, j'aime bien rendre service aux autres

En espérant que tu t'en sortes

Et si tu as des questions de dernière minutes, n'hésite pas mais pas trop tard quand même

[invite8663eb39]

Un énorme MERCI pour votre aide et vos explications!!!!

Merci!


Mais jai trouvé la meme concentration pr OH- et Na+... elle est de 2.18*10^-1 pour moi)

[invite8663eb39]

De plus pour moi
2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 H20 (l)=> 2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq)
est égale à
CH3-CH2-O- (éthanol) + H20 (l)=> CH3-CH2OH (aq) + OH-(aq)
donc le 2 s'en vas normalement non???

[inviteca95edad]

"De plus pour moi
2 CH3-CH2-O- (éthanol) + 2 H20 (l)=> 2 CH3-CH2OH (aq) + 2 OH-(aq)
est égale à
CH3-CH2-O- (éthanol) + H20 (l)=> CH3-CH2OH (aq) + OH-(aq)
donc le 2 s'en vas normalement non??? "

Oui, tu as raison; j'y ai pensé mais je ne l'ai pas mis au cas où tu ne trouverais pas la même chose...

"Mais jai trouvé la meme concentration pr OH- et Na+... elle est de 2.18*10^-1 pour moi)"

par contre désolée si tu ne trouves pas la même chose; si tu veux je te remets le calcul que j'ai fais :

je reprends la réaction 1 et le tableau d'avancement:

[Na+]f=(2 xmax)/ (20,0*10.-3)= 2,17 mol/L

(en reprenant la valeur exacte de x max qui correspond à la quantité de matière initiale en sodium divisée par 2).

Je crois comprendre ton résultat:

si tu trouves 2.18*10^-1, n'est pas parce que tu prends un volume de 200 mL ?

En effet, si je refais le mien avec 200 mL, on trouve 2,17.10-1 mol/L
(ou 2,18.10-1 si tu prends les valeurs approchées)


Or, les ions Na+ font partis des produits de la réaction 1, c'est à dire 20 mL et non pas 200 mL comme on avait pris pour la calculer la concentration des ions OH- (car ions OH- => produits de la réaction 2) ...

C'est peut-être pour ça que l'on trouve pas la même chose !

Je pense que ça doit être ça mais peut-être que tu as bon ...
(Je ne suis jamais sûre de moi lol)

[inviteca95edad]

Je voudrais juste encore m'excuser pour avoir fait des fautes de frappe car j'ai voulu me dépêcher...

Et si je ne réponds que maintenant, c'est parce que j'étais occupé à relire "mes sciences humaines".

Voilà, bonne chance et bonne nuit !!

[invite8663eb39]

"Or, les ions Na+ font partis des produits de la réaction 1, c'est à dire 20 mL et non pas 200 mL comme on avait pris pour la calculer la concentration des ions OH- (car ions OH- => produits de la réaction 2) ..."

Oui!:!! Jai pris 200mL, car oui cest le produit de la réaction 1 mais ils sont dillués dans les 200mL pour la réaction 2 non??

[invite8663eb39]

merci beaucoup pour votre aide.

A bientot!

[inviteca95edad]

Oui, tu dois avoir raison.
Je vais aller me coucher
Je suis contente de t'avoir aider

Bonne nuit !

P.S: toi aussi dans tes réponses tu m'as aidée car sans l'énoncé en entier ça n'est pas évident