C3. Avancement de réaction

On fait brûler 1,0 kg de méthane. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire des gaz vaut $*V_M*$ = 24 L·mol^-1.

Données : $*M_\ce{CH4}*$ = 16 g·mol^-1 ; $*M_\ce{H2O}*$ = 18 g·mol^-1 ; $*M_\ce{CO2}*$ = 44 g·mol^-1

1. Calculer le volume d’air nécessaire à cette combustion (l’air contient 20 % de $*\ce{O2}*$)
2. Calculer les masses de $*\ce{CO2}*$ et d’eau produites.

Le fer ($*\ce{Fe}*$) réagit à chaud avec le dioxygène de l’air pour donner de l’oxyde de fer (III) $*\ce{Fe2O3}*$. On souhaite oxyder 100 g de fer par le dioxgène de l’air. La réaction est totale.

Données : $*M(\ce{Fe})*$ = 55,8 g·mol^-1 ; $*M(\ce{O})*$ = 16,0 g·mol^-1.

1. Quel est le réactif limitant ici ?
2. Construire le tableau d’avancement pour faire un bilan de matière en fin de réaction.
3. En déduire la masse d’oxyde de fer obtenu.

On nomme poudre noire, ou poudre à canon, un mélange explosif de salpêtre ($*\ce{KNO3}*$) (du latin salpetrae signifiant « sel de pierre »), de soufre ($*\ce{S}*$) et de charbon de bois ($*\ce{C}*$). La plupart des historiens pensent que la poudre à canon fut inventée en Chine vers le VII^e siècle.

L’équation de la combustion de la poudre à canon est la suivante : $µ \ce{2 KNO3 + 3 C + S \rightarrow K2S + 3 CO2 + N2} µ$ Cette réaction est totale.

Au XIV^e siècle et XV^e siècle, la composition était (en masse) : 6 parties de salpêtre (75 %) pour une partie de soufre (12,5 %) et une partie de carbone sous forme de charbon de bois (12,5 %).

Cette recette était-elle optimale ?

On mélange 10,0 mL d’éthanol $*\ce{C2H6O}*$ ($*d*$ = 0,78) et 10,7 mL d’acide éthanoïque $*\ce{C2H4O2}*$ ($*d*$ = 1,05). Il se forme de l’éthanoate d’éthyle ($*\ce{C4H8O2}*$) et de l’eau selon une réaction non totale appelée réaction d’estérification. La qdm finale d’éthanoate d’éthyle vaut 0,11 mol.

1. Calculer l’avancement $*x_f*$ de cette réaction.
2. Calculer l’avancement maximum $*x_{\max}*$ de la réaction, c’est-à-dire l’avancement de la réaction si celle-ci était totale.
3. Quel pourcentage de $*x_{\max}*$ représente $*x_f*$ ?

Cet exercice a été donné en devoir en 2020/2021

En 1775, Lavoisier a mis en évidence que l’air était un mélange de gaz et qu’il contenait du dioxygène. Il a fait bouillir 122 g de mercure Hg dans une cornue reliée à une cloche contenant 0,80 L d’air (schéma ci-dessous). Le mercure se recouvre d’une couche rouge : c’est de l’oxyde de mercure de formule HgO, il en a obtenu 2,8 g.

1. Écrire l’équation-bilan de la réaction chimique entre le dioxygène et le mercure.

2. Calculer la quantité de matière finale d’oxyde de mercure formé.

3. Justifiez que, d’après les résultats de l’expérience, le dioxygène est le réactif par défaut.

4. Dresser le tableau d’avancement de la réaction. La quantité initiale de $*\ce{O2}*$ est inconnue. Vous la noterez $*n_{i\ce{O2}}*$.

5. Donner la valeur de l’avancement final et en déduire la quantité initiale de $*\ce{O2}*$.

6. Calculer la quantité de matière d’air initialement présente dans la cloche et calculer la proportion de dioxygène présent dans l’air.

7. Calculer la masse de mercure restante en fin de réaction.

Cet exercice a été donné en devoir en 2020/2021

Soit la réaction suivante : $µ \ce{2 MnO4– + 5 H2C2O4 + 6 H+ \rightarrow 2 Mn^2+ + 10 CO2 + 8 H2O} µ$ On souhaite coder un programme en Python qui permet de prévoir l’état final du mélange, sachant que cette réaction est totale.

			n1 =	# qdm initiale de MnO4-
			n2 =	# qdm initiale de H2C2O4
			n3 =	# qdm initiale de H+
			
			xmax1 = n1/2
			xmax2 = _____
			xmax3 = _____
			xmax = min ( _____ )
			
			n1f = _____
			n2f = ______
			n3f = ______
			n4f = 2*xmax
			n5f = 10*xmax
			n6f = 8*xmax
		

1. À quoi correspondent les lignes 13, 14 et 15 ?

2. Compléter les lignes 6, 7, 8, 10, 11 et 12.

	6.	xmax2 = n2/5
	7.	xmax3 = n3/6
	8.	xmax = min (xmax1, xmax2, xmax3)
	10.	n1f = n1 – 2*xmax
	11.	n2f = n2 – 5*xmax
	12.	n3f = n3 – 6*xmax