Synthèse du pigment vert-de-gris

[invitedb7b25ea]

Bonjour,

Je suis étudiant en sciences et je suis totalement débutant en chimie et je doit synthétiser un pigment vert-de-gris en 4h pour cela je m'appuie sur un article ci-joint. Mon professeur de chimie ma dit que l'un de mes réactif étais en excédant et que je devais le trouver pour pouvoir expliquer quelle rôle il peu jouer dans la synthèse et ce que je peu faire pour éventuellement tenter d'augmenter le rendement qui est de environ 30-50%.

Ma question est la suivante je doit donc calculer toute les mole de mes réactif mais dans mon article il y a marquer:

stirred vigorously while 8.5 mL of 2.0 M sodium hydroxide isadded all at once.

Que signifie 2.0 M ? doit je en prendre compte ?


Dans ma tête il ce passe ceci:

Masse volumique NaOH = 2130 g/L
NaOH = 8.5 mL
NaOH = 39,997 g/mol

donc masse volumique*volume=masse --> masse/Masse molaire=n soit 2130*8.5*10^-3 = 18.105 g ---> 18.105/39.997 = 0.45 mole
-----

[Kemiste]

Bonjour.

L'article que tu as mis en pièce jointe n'est pas libre de droits. Il faut un abonnement pour le consulter. Je l'ai donc supprimé. Tu peux donner la référence si tu veux pour que les gens qui y ont accès puisse le consulter.

Le 2.0 M signifie que la solution est à 2 mol/L. Tu ne peux pas utiliser la formule avec la masse volumique car ici NaOH n'est pas pur sous forme liquide. Il s'agit du volume de la solution à 2 mol/L.

Ps : attention on parle de synthèse et non de synthétisation J'ai changé le titre.

[moco]

Bonjour,
D'autre part, aucune solution de NaOH n'a une masse volumique aussi élevée que 2130 g/L. C'est NaOH solide et pur qui a une masse volumique de 2130 g/L. La solution de NaOH 2 M contient 80 g NaOH par litre et a une masse volumique de 1080 g/L.

[invitedb7b25ea]

J'ai encore du mal à comprendre car vous m'avez dit 2 mol/L c'est le volume mais si je comprend bien c'est bien la concentration molaire de NaOH non ?


J'aurai fait alors

c=2 mol/L (car pour moi mol/L = concentration molaire)
v=8,5 mL = 8,5*10^-3 L

n=c*v --> 2*8.5*10^-3 = 0.017 mole
n=m/M-->m=n*M-->0.017*39.997=0.679 g

je vois bien que je ne trouve pas 80g de NaOH

autre problème si on considère

Cm = 1080 g/L
C=2 mol/L
M=39.997 g/mol

alors Cm=C*M-->2*39.997=79.994 g/L et pas 1080 alors ? pourquoi ?


où alors comme vous m'aviez dit que 2 m/L est un volume

V=2 m/L
C=?
Cm=1080 g/L
M=39.997 g/mol

Cm=c*M-->c=Cm/M-->1080/39.997=27 mol/L
c= 27 mol/L

n=c*v-->27*8.5*10^-3=0.2295 mole
m=n*M-->0.2295*39.997 = 9.17 g

où encore la masse volumique p

p=1080 g/L
v=8.5 mL

m=v*p-->8.5*10^-3*1080 = 9.18g

pouvez vous m'éclairer pourquoi et comment avez vous trouver 80g de NaOH dans 8.5mL ? quel valeur et quelle relation avez vous utiliser ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[Kemiste]

J'ai encore du mal à comprendre car vous m'avez dit 2 mol/L c'est le volume mais si je comprend bien c'est bien la concentration molaire de NaOH non ?

Il s'agit bien de la concentration molaire. Ce que j'ai voulu dire, c'est que le volume qu'on te donne (8.5 mL) c'est le volume de la solution à 2 mol/L.

J'aurai fait alors

c=2 mol/L (car pour moi mol/L = concentration molaire)
v=8,5 mL = 8,5*10^-3 L

n=c*v --> 2*8.5*10^-3 = 0.017 mole
n=m/M-->m=n*M-->0.017*39.997=0.679 g

C'est en effet les formules à utiliser.

je vois bien que je ne trouve pas 80g de NaOH

Il y a 80 g dans 1 L de solution. Une solution à 2 mol/L correspond à une solution de 80 g/L (concentration massique). En effet, si on utilise la formaule m = n * M pour 2mol on trouve 80 g.

autre problème si on considère

Cm = 1080 g/L
C=2 mol/L
M=39.997 g/mol

alors Cm=C*M-->2*39.997=79.994 g/L et pas 1080 alors ? pourquoi ?

Attention, tu confonds masse volumique et concentration massique. Une masse volumique de 1080 g/L signifie qu'un litre de solution (eau + NaOH) pèse 1080 g et non qu'il y a 1080 g de NaOH dans un litre de solution.

où alors comme vous m'aviez dit que 2 m/L est un volume

V=2 m/L
C=?
Cm=1080 g/L
M=39.997 g/mol

Cm=c*M-->c=Cm/M-->1080/39.997=27 mol/L
c= 27 mol/L

n=c*v-->27*8.5*10^-3=0.2295 mole
m=n*M-->0.2295*39.997 = 9.17 g

où encore la masse volumique p

p=1080 g/L
v=8.5 mL

m=v*p-->8.5*10^-3*1080 = 9.18g

Ce n'est pas un volume, je m'étais mal exprimé cf phrase plus haut.

pouvez vous m'éclairer pourquoi et comment avez vous trouver 80g de NaOH dans 8.5mL ? quel valeur et quelle relation avez vous utiliser ?

Cf explication précédente. Il faut avoir un peu de recul sur les résultats. Un volume de 8.5 mL est assez petit. Il serait très difficile d'y dissoudre 80 g de quelque chose. La solution serait très concentrée et très dense

Un petit résumé des moyens de calculer une quantité de matière : https://forums.futura-sciences.com/c...ml#post6321484

[invitedb7b25ea]

donc pour reprendre comme je disait mon article ce fait en 3 étape et je doit trouver le réactif en excès

étape 1:
Je doit ajouter par addition goute à goute d’ammoniaque (NH3) sur du sulfate de cuivre pentahydrater (CuSO4.5H2O) qui est lui même mit dans 25 mL d'eau distillé ce qui me donnera du CuSO4.3Cu(OH)2 que je récupérerez sous forme solide par filtration.

4CuSO4.5H2O + 6NH3 --> CuSO4.3Cu(OH)2 + 3(NH4)2SO4 + 14H2O


Je doit verser environ de 25 à 35 mL d’ammoniaque (NH3) à 5% je part sur une base que je vais en verser 30mL alors je fait

5*30/100=1.5 mL (NH3)

NH3 = 1.5 mL
Masse volumique NH3 = 0.73 g/l
Masse molaire NH3 = 17.03 g/mol

m=p*v = 0.73*1.5*10^-3=0.001095 g
n=m/M = 0.001095/17.03=6.42*10^-5 mol

CuSO4.5H2O = 0.017 mol (celui ci est donner dans mon article)
NH3 = 6.42*10^-5 mol

Voila pour l'étape 1 !
Si mes calcul sont correct je peu considéré NH3 comme étant mon réactif limitant et CuSo4.5H2O en Excès ? mais comme j'imagine que je doit trouver les matériaux en excès de chaque étape de ma synthèse alors je continue ?

[moco]

Bonsoir,

Quelle salade ! Avant toute chose, tu devrais te demander comment il se fait que dans 30 mL d'ammoniaque à 5%, tu ne trouves que 1.095 mg de NH₃. 1 mg de NH₃ dans 30 mL d'une solution à 5%, cela seul devrait te mettre la puce à l'oreille, et te dire que c'est beaucoup, beaucoup trop peu. Et qu'il y a donc une erreur de calcul quelque part.

Reprenons.
On admet ici que la masse volumique de ta solution NH₃ est égale à celle de l'eau, donc que 1 mL pèse 1 g.On fait souvent ce genre d'approximation dans ces calculs. C'est faux, mais ici l'erreur est de moins de 2%.
Dans 30 mL (= 30 g) de NH₃ à 5%, il y a 0.05 · 30 g = 1.5 g de NH₃, donc 1.5 g/(17 g/mol) = 0.088 mole de NH₃. Point final !

Et toi tu introduis ici la masse volumique du gaz NH₃. Tu devrais d'abord voir toi-même qu'une masse volumique de 0.73 g/L ne peut pas correspondre à un liquide ou une solution. C'est trop léger. Il s'agit donc d'un gaz. Rappelle-toi que tous les liquides ont des masses volumiques voisines de 1 à 2 kg/L, et que les gaz ont des masses volumiques 1000 fois plus petites, donc voisines de 1 à 2 g/L.
La masse volumique de NH₃ gazeux (0.73 g/L) ne sert à rien dans ces calculs. Laisse tomber !

Donc ici tu ajoutes 0,088 mole de NH₃ à 0.017 mole de CuSO₄.

Pour la suite, et pour calculer le rendement, tu as choisi de partir de NH₃ comme réactif limitant. Je vais faire comme toi, et montrer que ce n'est pas le bon choix.
En effet, selon l'équation, 0.088 mole de NH₃ réagit avec 4/6 fois 0.088 = 0.0587 mole de CuSO₄. Et il n'y a pas 0.0587 mole de CuSO₄ disponible.
Il faut donc calculer dans l'autre sens, et partir de CuSO₄.
Selon l'équation, 0.017 mole de CuSO₄ réagit avec (6/4) fois 0.017 mole = 0.0255 mole de NH₃. C'est tout à fait possible de trouver ces 0.0255 mole de NH₃, puisqu'on dispose de 0.088 mole de NH₃. Et c'est même la raison pour laquelle on a rajouté une quantité imprécise de NH₃. Il y a de toute façon un excès de NH₃. Il y en a 2 à 3 fois trop !

Je te laisse faire la suite !

[invitedb7b25ea]

Bonjour,

étape 2:

J'ai réussie à former mon CuSO4.3Cu(OH)2 que je vais mélanger avec du NaOH pour former 4Cu(OH)2
CuSO4.3Cu(OH)2+2NaOH-->4Cu(OH)2+Na2SO4

CuSO4.3Cu(OH)2 = 454 g/mol

pour connaître mon CuSO4.3Cu(OH)2 je vais me servir de la quantité de matière que mon réactif limitant vas consommé dans mon réactif en excès de l'étape 1 donc CuSO4.5H2O = 0.0255mole*454 g/mol = 11.58 g
(CuSO4.3Cu(OH)2) =11.58g/454 g/mol=0.0255 mole

don là je reviens sur le calcule de 8.5 mL de NaOH à 2 M + la quantité de matière de CuSO4.3Cu(OH)2 qui me donne les donnée suivante:

CuSO4.3Cu(OH)2 = 0.0255 mole
NaOH = 0.017 mole

0.017 mole de NaOH réagisse avec 1/2*0.017 = 0.0085 mole
0.0255 mole de CuSO4 réagisse avec 2/1*0.0255 = 0.051 mole

alors je peu en conclure que CuSO4 est mon réactif en excès car 2NaOH peuvent consommer 0.0085 mole de CuSO4 ce qui est possible car nous avons 0.0225 mole de CuSo4 disponible mais à l'inverse pas possible car CuSO4 peu consommer 0.051 mole de NaOH est seulement 0.017 sont disponible ?

[moco]

Bonjour,

C'est quoi, cette étape 2 ? Que dois-tu y faire ? Et avec quelles substances de départ ? Jusqu'ici, tu as toujours parlé d'une étape 1, et jamais d'une étape 2. Si tu veux qu'on t'aide, il faut nous dire ce que tu cherches à faire, et avec l'aide de quoi...

[invitedb7b25ea]

Bonjour,

Comme je disait je m'appuie sur un article mais malheureusement non libre de droit au lien suivant :https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/ed200096e

cette article ce déroule en 3 étape il permet de synthétiser un pigment vert de gris. Mon but ici est de trouver quelle réactif est en excès et pourquoi ? d'après mon professeur sans cette excès pas de vert de gris. je doit donc trouver le réactif en excès, savoir quelle rôle joue t'il et trouver une problématique, comme comment pourrai je faire pour augmenter le rendement qui est de 30 à 50% ! pour cela j'ai le droit de faire jusqu'à 5 expérience différente ou j'imagine faire varier mon réactif en excès pour voir si cela fait chuter mon rendement,le stabilise ou l'améliore.

étape 1

Dans l'étape 1: 4.2g de CuSO4.5H2O sont mit dans 25mL d'eau distillé(bien mélanger en secouant la solution) puis 30 mL de NH3 à 5% sont ajouté goute a goute pour former un précipité CuSO4.3Cu(OH)2 que je récupérerez par filtration qui me permettra de passer à la prochaine étape

4CuSO4.5H2O
+6NH3--->CuSO4.3Cu(OH)2+3(NH4)2SO4+14H2O

étape 2

j'utilise alors mon produit récupérer de l'étape 1 (CuSO4.3Cu(OH)2) que je mélange dans 40mL d'eau distillé avec 8.5 mL de NaOH 2mol/L qui formera Cu(OH)2 que je récupérerez par filtration

CuSO4.3Cu(OH)2+2NaOH---->4Cu(OH)2+(Na)2SO4

étape 3

Je mélange mon produit précédent Cu(OH)2 avec 40mL de vinaigre à 5% 2CH3COOH et j'obtient le vert-de-gris

Cu(OH)2+2CH3COOH---->Cu(CH3COO)2.H2O+H2O


à savoir que dans mon article il utilise de l'ammoniaque à 5% mais moi pour mes expérience j'utiliserai 30% (NH3) j'imagine que ça ne change pas grand ?

[moco]

Bonjour,

Enfin ! Tu as mis du temps ! Dire qu'il a fallu 10 échanges infructueux pour enfin savoir de quoi il est question, et où tu veux en venir. C'est le moment !

Ce qu'il faut faire de toute urgence, c'est calculer le nombre de moles de tous les produits que tu as utilisés dans tes 3 étapes. Tu compareras ensuite toutes ces quantités et tu verras bien s'il y en a en excès, et de combien. Vas-y ! Fais ces calculs de moles ! Vu d'ici sans faire les calculs, je présume que NaOH et l'acide acétique sont en excès. Si on en mettait des quantités stoechiométriques, la réaction où ils interviennent se dérouleraient bien au début, mais elle ralentit de manière excessive à la fin. On met aussi un excès de récit dans le cas où on a un équilibre qu'on veut le déplacer au maximum par effet de masse.

Et je te signale que, à la fin, tu obtiens de l'acétate de cuivre, et que ce n'est pas du vert-de-gris. L'acétate de cuivre s'appelle bien verdigris en anglais, mais pas en français. En français, ce qu'on appelle vert-de-gris est un hydrocarbonate de cuivre qui se forme spontanément mais très lentement sur des objets en cuivre exposés à l'air humide. Et le vert-de-gris est insoluble dans l'eau. Tandis que l'acétate de cuivre est soluble dans l'eau : 100 mL d'eau dissolvent 7.2 g d'acétate de cuivre à 20°C.

[invite9dc7b526]

Tu devrais d'abord voir toi-même qu'une masse volumique de 0.73 g/L ne peut pas correspondre à un liquide ou une solution. C'est trop léger. Il s'agit donc d'un gaz.

tiens, quelle est la masse volumique du liquide le plus léger qu'on connaisse? Est-ce qu'il y a une limite théorique?

[invite718cec2d]

A température et pression ambiantes?

[invite9dc7b526]

par exemple.

[invitedb7b25ea]

Je reprend nos quantité de matière calculer précédemment donc !

étape 1


CuSO4.5H2O = 0.017 mole donc 4CuSO4.5H2O = 0.017*4=0.068 mole
6NH3 = 0.088 mole*6 = 0.528 mole
ici j'ai buguer sur les calcul précédent tu n'a pas multiplier les masse molaire par leur coefficient stœchiométrique pourquoi ?

pour CuSO4.3Cu(OH)2 comme on avait dit que 0.0255 mole de CuSO4.5H2O réagirait avec les 0.088 mole de NH3 alors mon réactif limitant me permet de déduire la quantité de matière de mon produit CuSO4.3Cu(OH)2 = 0.0255 mole

étape 2 bon en gros je reprend les calcul précédent

8.5 mL de NaOH à 5% 2mol/L

2NaOH = 0.017 mole*2 = 0.034 mole
CuSO4.3Cu(OH)2 = 0.0255 mole

CuSO4.3Cu(OH)2+2NaOH---->4Cu(OH)2+(Na)2SO4

4/2*0.017 = 0.034 mole de CuSO4.3Cu(OH)2 seront consommer par le NaOH dans la réaction
ce n'est pas possible car on ne dispose que de 0.0255 mole de CuSO4.3Cu(OH)2
2/4*0.0255 = 0.01275 mole de NaOH seront consommer par le CuSO4.3Cu(OH)2 dans la réaction
c'est possible car on possède 0.017 mole de NaOH

Sur l'étape 2 je conclue que NaOH est le réactif en excès !

si mes calcul sont correcte alors je peu dire que la quantité de matière de 4Cu(OH)2 = 0.01275 mole ?!

étape 3

4Cu(OH)2 = 0.01275 mole je n'utilisera que 1 fois Cu(OH)2 et pas 4 donc je peu diviser par quatre ma quantité de matière Cu(OH)2 = 0.01275/4 = 0.0031875 mole

Je mélange mon produit précédent Cu(OH)2 avec 40mL de vinaigre à 5% 2CH3COOH et j’obtiens le vert-de-gris
donc la dernière on n'avait fait l'approximation que la masse volumique de l'eau étais identique à celle de l'ammoniaque car l'erreur étais de moins de 2% dans quelle cas peu tu affirmer cela ? sinon puis je faire 1,0492 g/cm3*40mL= 41.96 g*5/100=2.1 g de CH3COOH à 5 % donc 2.1g/60.05 g/mol=0.035 mole

Cu(OH)2 = 0.0031875 mole
CH3COOH = 0.035 mole

Cu(OH)2+2CH3COOH---->Cu(CH3COO)2.H2O+H2O

1/2*0.035 = 0.0175 mole de CH3COOH réagiront avec les 0.0031875 mole de Cu(OH)2
ce qui en fait de CH3COOH le réactif excès
2/1*0.0031875 = 0.006375 mole de Cu(OH)2 réagiront avec les 0.035 mole de CH3COOH
Cu(OH)2 est donc le réactif limitant !

je suis perdue pourquoi travaille t'il avec des réactif en excès est pas juste équilibré ? quelle rôle joue cette excès ?

[moco]

Bonjour,
Oh la la ! On va y aller posément.
§1. Tu dissous 4.2 g de CuSO₄·5H2O (de masse molaire 249.7), donc 4.2/249.7 = 0.01168 mole.
Tu ajoutes 30 mL NH₃ 5%, ce qui contient 1.5 g de NH3, donc 1.5/17 = 0.088 mole. Ce NH₃ va réagir selon l'équation :
4 CuSO₄.5H₂O + 6 NH₃ --> CuSO₄.3Cu(OH)₂ + 3(NH₄)₂SO₄ + 14H₂O.
Voyons si cette quantité de NH₃ suffit pour l'expérience. L'équation dit qu'il faut 6 NH₃ pour 4 CuSO₄.5H₂O, donc que la quantité de NH₃ doit être 6/4 = 1.5 fois celle de CuSO₄.5H₂O. Cela fait 1.5·0.01168 mol = 0.01752 mol NH₃. Il suffit de 0.01752 mol, et on en a ajouté 0.088. C'est au moins 4 fois trop. Pourquoi ? diras-tu avec raison ?
La raison est que NH₃ est un gaz, certes très soluble dans l'eau. Mais c'est un gaz. Et comme tous les gaz, il finira par s'évaporer de sa solution. Donc, quand on utilise une solution dite à 5%, on ne peut pas vraiment être sûr de cette concentration. Si elle a été préparée l'an passé, elle contiendra moins de 5%, peut-être 4%, ou encore moins. On a donc intérêt à faire exprès d'en prendre trop. Cela ne gêne pas.

Mais attention ! N'utilise pas NH₃ plus concentré que 5%, car les composés de cuivre sont tous solubles dans de l'ammoniaque concentrée. Et tu n'obtiendras pas le moindre précipité.

Donc, avec tes 4,2 g (0.0168 mole) de CuSO₄.5H₂O de départ, tu vas ajouter bien assez de NH₃, et tu vas pouvoir faire un précipité de CuSO₄·3Cu(OH)₂, dont la masse molaire est de 452.4 g/mol. Or, selon l'équation, il faut 4 moles de CuSO₄.5H₂O pour former 1 mole de CuSO₄·3Cu(OH)₂, soit 4 fois moins.
Donc, avec 0.0168 mole de CuSO₄.5H₂O, on formera 0.0168/4 = 0.0042 mole de précipité, donc une masse de 0.0042·452.4 = 1.900 g. J'espère que tu récupéreras 1,900 g de précipité, et que tu n'en auras pas trop perdu en route.

§2. Tu disperses 1.9 g de précipité (0.0042 mole) dans de l'eau. Tu ajoutes un excès de NaOH, dont on ne se préoccupe pas. Tu obtiens un nouveau précipité, de formule Cu(OH)₂, dont la masse molaire est de 97.6 g/mol. Or, l'équation montre qu'on obtient 4 fois plus de mole de Cu(OH)₂ que le nombre de mole du CuSO₄·3Cu(OH)₂ engagé. Il devrait donc se former 4 fois 0.0042 mole de Cu(OH)₂, donc 0.0168 mole de Cu(OH)₂.

On ne va pas faire tous les calculs. Calcule combien pèsent ces 0.0168 mole de Cu(OH)₂ !

§3. La dernière étape est la plus facile, car on va obtenir le même nombre de moles de l'acétate final. Je te laisse faire les calculs.

[moco]

Aïe !
J'ai commis une erreur d'écriture au début de mon message (numéro 16) d'aujourd'hui à 11h48. J'aurais dû me relire, car ce n'est pas 0.01168, mais 0.0168 qu'il fallait lire en première ligne. Tout le reste du premier paragraphe est faux. Mais heureusement, dès le "Mais attention !" l'erreur est corrigée. Et je repars de 0.0168 mole !

[vep]

Bonjour Moco.
C'est gentil de vouloir nous montrer que vous êtes en capacité de resoudre des pb de niveau licence. Mais ce serait mieux de nous prouver que vous êtes capable de comprendre la consigne simple en vigueur dans ce forum, et qui tient en 11 mots ecrits en langue francaise "on ne fait pas les exercice des etudiants à leur place".
Merci

[invitedb7b25ea]

Bonjour,

Je sait que ça fait longtemps mais je n'ai toujours pas terminer la projet !

Tu dit que si j'utilise du NH3 à plus de 5% je n'aurai pas de précipité car le cuivre est trop soluble dans ce cas si j'utilise du NH3 à 30% ne me suffirait t'il pas de mettre moins de masse de NH3 pour obtenir le précipité ? et à l’inverse si je met trop de NH3 à 5% alors je n'aurai pas de précipité ? aurai tu une explication scientifique ou chimiste ? des terme précis à utiliser ? car j'ai utiliser de l'ammoniaque à 30% et mes expérience ont échouer je doit donc me rattrapé sur un oral en janvier ! et aussi si tu à des bibliographie à me conseiller sur le sujet ?

Sinon pour en revenir à tes question !

étape 2
combien pèsent ces 0.0168 mole de Cu(OH)2 ? 1.64g car 0.0168*97.6 = 1.64g

étape 3.
il y a 4 fois moins de Cu(OH)2 = 0.0042 mole
pour CH3COOH nous avons en admettant que la masse volumique est la même que l'eau 2g/60.05 = 0.033 mole mais comme on a 2 fois plus de mole car 2CH3COOH = 0.066 mole
mon réactif limitant est Cu(OH)2.
Car 2CH3COOH consomme 0.066*1/2= 0.033 mole de Cu(OH)2 ne sont pas disponible, et CU(OH)2 consomme 0.0042*2/1= 0.0084 mole de CH3COOH qui sont disponible.
donc Cu(CH3COO)2.H2O = 0.0084 mole