Question 2
Énoncé
L'eau réagit sur le carbure de calcium solide CaC2 selon une réaction totale qui conduit à l'acétylène C2H2 gazeux et au dihydroxyde de calcium Ca(OH)2 solide (chaux éteinte) selon :
2 H2O (l) + CaC2 (s) = C2H2 (g) + Ca(OH)2 (s)
Quel avancement obtiendra-t-on pour cette réaction si l'on met en présence 19,23 g de carbure de calcium et 9 mL d'eau liquide ?
Données : Masse volumique de l'eau : 1 g.cm-3.
Masse molaire de l'eau : 18 g.mol-1.
Masse molaire du carbure de calcium : 64,1 g.mol-1.
Aide simple :
La masse volumique et le volume d'une espèce chimique permettent de déterminer la masse de cette espèce.
Rappel de cours :
On peut déterminer les valeurs de l'avancement de la réaction pour chacun des réactifs. Ceci suppose que les autres réactifs ne limitent pas la réaction.
On compare ensuite les valeurs obtenues. L'avancement maximal est la plus petite de ces valeurs.
Résultat
Correction
Explications
Les données permettent de déterminer les quantités de réactifs initialement en présence :
\(n_{H_2O,I} = \frac{n_{H_2O,I}}{M_{H_2O}} = \frac{\rho_{H_2O} \times V_{H_2O}}{M_{H_2O}}= \frac{1 \times 9}{18}\)=0,5 mol
\(n_{CaC_2,I}= \frac{m_{CaC_2,I}}{M_{CaC_2}}= \frac{19,23}{64,1}\) = 0,3 mol
Les coefficients stœchiométriques montrent qu'il faudrait 0,6 mol d'eau pour consommer la totalité du carbure de calcium (0,3 mol). On dispose initialement de 0,5 mol d'eau. Ce réactif est donc en défaut, ce qui va limiter l'avancement de la réaction à une valeur maximale.
On obtient cette valeur en utilisant les quantités d'eau pour définir l'avancement, et en tenant compte de ce qu'il ne reste plus d'eau dans l'état final :
\(\xi = \frac{n_{H_2O,F} - n_{H_2O,I}}{\nu_{H_2O}} \Rightarrow \xi_{max} = \frac{0 - 0,5}{- 2}\)= 0,25 mol
Remarque : Ce résultat et l'expression de l'avancement en fonction des quantités initiale et finale de CaF2, conduisent à la quantité de CaF2 en excès : 0,3 - 0,25 = 0,05 mol.