Suivi de la réaction entre le magnésium et l’acide chlorhydrique

SUIVI TEMPOREL D’UNE TRANSFORMATION

SUIVI A L’AIDE D’ UN CAPTEUR DE PRESSION

Précautions à prendre

Il faut calculer les quantités de réactifs de façon à ce que l’augmentation de pression ne soit ni trop petite (précision des mesures), ni trop grande, sinon le bouchon saute, ou le récipient explose à éviter les récipients en verre, préférer le plastique. Un bon compromis est d’arriver à une augmentation de pression ne dépassant pas 500hPa , c’est à dire que le volume de gaz qui serait dégagé sous la pression atmosphérique resterait inférieur à la moitié du volume du récipient.

SUIVI DE LA REACTION ENTRE LE MAGNESIUM ET L’ACIDE CHLORHYDRIQUE

Mg (s) + 2 H⁺ (aq) à Mg²⁺ (aq) + H₂ (g)

Dispositif expérimental
– erlenmeyer ou flacon plastique de 100mL, muni d’un bouchon troué et d’un tube
– pressiomètre avec sortie analogique (1mV/hPa) ,
– ordinateur avec carte d’acquisition et logiciel d’exploitation des mesures (Regressi, Winlabo2, Synchronie…)
– magnésium en ruban : le ruban de 25m a une
masse de 24g environ (cf catalogues de produits chimiques) : 1cm correspond à 0,4 mmol.
– acide chlorhydrique 0,5mol.L^-1
– cristallisoir contenant de l’eau , pour maintenir la température du milieu réactionnel constante.

Mode opératoire

Prévoir une acquisition de durée totale 4min environ (ex : 1000mesures d’intervalle 200ms)
Introduire dans le flacon 20mL d’acide chlorhydrique de concentration 0,5mol.L^-1
Placer 2,5 cm (1mmol) de ruban de magnésium dans le tube traversant le bouchon
Adapter le bouchon au flacon (le magnésium tombe alors dans l’acide) et lancer simultanément l’acquisition.

Résultats

– Le magnésium est consommé en totalité

– La tension délivrée par le capteur de pression se traduit par la courbe suivante :

Exploitation des résultats

		Mg (s) + 2 H⁺ (aq) à Mg²⁺ (aq) + H₂ (g)
état	avancement	n(Mg)	n(H+)	n(Mg2+)	n(H2)
initial	0	1	10	0	0
inter.	x	1-x	10-2x	x	x
final	xmax=1	0	8	1	1

Etablir le tableau d’avancement de la réaction (valeurs en mmol) .Il permet de constater que
– le magnésium est le réactif limitant (ce qui confirme l’observation)
– l’avancement est égal à la quantité de matière de dihydrogène formé.
La température et le volume étant supposés constants, la pression est proportionnelle à la quantité de matière de gaz (PV=nRT), et par conséquent la variation de pression du gaz est proportionnelle à n(H2), donc à l’avancement.
La réponse du capteur étant linéaire, on peut graduer l’axe des ordonnées en fonction de x :
le palier correspond à l’avancement maximal, égal à 1 .
La courbe peut être lissée , et exploitée pour le calcul du temps de demi-réaction et de la vitesse à une (ou plusieurs) date(s) donnée(s).

Mise en évidence de l’influence de la concentration des réactifs

Les courbes ci-aprés correspondent à deux expériences réalisées en prenant la même quantité de ruban de magnésium, et le même volume d’acide (20mL) mais avec des concentrations égales à 0,5 mol.L^-1 dans la première expérience et 1,0 mol.L^-1 pour la deuxième. La tranformation s’effectue plus vite dans le 2^e cas , quand la concentration d’acide est plus élevée.