La détermination du volume molaire d'un gaz : protocole

Attention ! Vous devez imprimer ce protocole et l'apporter au laboratoire.

Buts

  1. Déterminer le volume d'hydrogène dégagé lors de la réaction de l'acide chlorhydrique avec du magnésium et de l'aluminium métalliques.

  2. Calculer le volume occupé par une mole de gaz aux conditions normales.

Principe

L'acide chlorhydrique réagit avec le magnésium métallique produisant ainsi de l'hydrogène gazeux et transformant le métal en un composé ionique soluble dans l'eau. La réaction avec l'aluminium produit exactement les mêmes résultats.

On peut mesurer facilement le volume d'hydrogène formé aux conditions de température et de pression de la pièce.

Ces trois paramètres (V, T, P) étant connus pour un nombre de moles de métal mis en réaction, on peut calculer, à l'aide de la loi des gaz parfaits, le volume qu'occupera une mole de ce gaz aux conditions normales (0°C, 760 mm Hg).

Matériel

Burette à gaz Magnésium métallique
Fil de cuivre Aluminium métallique
Bouchon percé pour burette HCl 6M
Balance analytique Cylindre gradué d'un litre
Support universel Bécher de 400 mL
Pince à burette

Mode opératoire

Réaction avec le magnésium

Avant d'entrer au laboratoire, vous devez avoir visionné la capsule vidéo. On vous montre comment mesurer le volume d'hydrogène gazeux formé.

  1. Peser avec précision un morceau d'environ 0,04 g de magnésium.

  2. Attacher le morceau de magnésium à un fil de cuivre; s'assurer qu'il reste environ 5 cm de fil de cuivre pour qu'on puisse le tenir entre les doigts; couper l'excédent.

  3. Verser environ 10 mL de HCl 6M dans une burette à gaz.

  4. Remplir aux deux tiers un bécher de 400 mL avec de l'eau.

  5. En tenant la burette inclinée, la remplir lentement jusqu'à environ 0,5 cm du haut avec de l'eau, entraînant ainsi l'acide resté sur les parois vers le fond de la burette. Le liquide en haut de la burette sera ainsi très peu concentré en acide. Éviter toute agitation. S'il se forme quelques bulles de gaz dans la burette, s'en débarrasser en frappant délicatement la burette avec une tige de verre.

  6. Introduire le magnésium dans la burette à environ 3 cm du haut, en le retenant par le fil de cuivre.

  7. Placer le bouchon percé sur la burette pour qu'il tienne bien en place. Le fil de cuivre coincé entre la paroi de la burette et le bouchon retiendra le magnésium en place. Il faudra qu'un peu du liquide de la burette déborde lors de cette opération pour s'assurer que le volume de gaz dans la burette est nul avant le début de la réaction.

  8. Boucher le trou du bouchon avec un doigt et renverser la burette dans le bécher d'eau; la fixer à la pince en posant le bouchon au fond du bécher, cela réduira l'effet de dilution.

  9. La réaction commencera dès que l'acide concentré situé à l'opposé du métal aura rejoint celui-ci par effet de gravité. On peut observer le déplacement de l'acide dans la burette à cause des différences de densité.

  10. Lorsque la réaction est terminée, attendre environ 5 minutes avant de mesurer le volume d'hydrogène gazeux; ceci permettra d'atteindre l'équilibre thermique. Vous mesurerez ensuite le volume d'hydrogène selon la méthode décrite à l'étape 11 et que vous avez vue avec la capsule vidéo.

  11. Introduire la burette dans le cylindre gradué de 1 litre rempli d'eau à la température de la pièce, jusqu'à ce que les niveaux de liquide dans la burette et dans le cylindre soient égaux. Faire alors la lecture du volume de gaz dans la burette en lisant vis-à-vis le bas du ménisque.

    Nous utilisons cette façon de procéder pour s'assurer que l'hydrogène gazeux n'est pas compressé à l'intérieur de la burette à gaz.

  12. Noter la température et la pression de la pièce.

  13. Consigner toutes les données expérimentales dans le tableau présenté au bas de cette page.

  14. Jeter le liquide contenu dans la burette et faire un second essai (étapes 1 à 13).

Réaction avec l'aluminium

  1. Peser avec précision un morceau d'environ 0,025 g de fil d'aluminium.
  2. Atacher l'aluminium à un fil de cuivre.
  3. Verser environ 50 mL de HCl 6M dans une burette à gaz.

    4. à 14. Effectuer ces étapes telles qu'elles sont décrites pour le magnésium

Réactions chimiques

avec Mg : _______________________
avec Al : _________________________

Réactions avec Mg Réactions avec Al
1er essai 2e essai 1er essai 2e essai
1) Masse de métal (g)        
2) Moles de métal (nH2)
(calculé à partir de la masse)		        
3) Moles d'hydrogène dégagé (selon l'équation équilibrée de la réaction du magnésium avec l'acide chlorhydrique HCl)        
4) Volume d'hydrogène (litre)
(mesuré à l'étape 11 du protocole)		        
5) Température de la pièce (ºC)        
6) Température de la pièce en Kelvin        
7) Pression atmosphérique (mm Hg)        
8) Pression de vapeur de l'eau à la température de la pièce (mm Hg)
(Handbook ou manuel de référence lecture manuel p. 121)		        
9) Pression de l'hydrogène sec (mm Hg)
(P H2 = Patm - Pvap eau) 		       
10) Volume d'une mole d'hydrogène à T.P.N. (litre)        
11) Écart par rapport à la valeur connue (%) 22,4 L        

Attention ! R = 62,36 lorsque la pression est exprimée en mm Hg.

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