Les métaux du Bloc sÉléments dont l'électron le plus énergétique occupe une orbitale s (Groupes 1 et 2). sont connus pour leur grande réactivité chimique. Le Sodium (\(\text{Na}\)), élément du groupe 1, réagit violemment avec l'eau pour produire un gaz inflammable et une solution basique. Cette réaction est caractéristique des métaux alcalins, dont la réactivité augmente à mesure que l'on descend dans le groupe.

Remarque Pédagogique : Cet exercice illustre l'application de la stœchiométrie aux réactions avec dégagement gazeux et introduit les concepts de sécurité en laboratoire de chimie inorganique.

Objectifs Pédagogiques

Écrire et équilibrer l'équation de réaction entre un métal alcalin et l'eau.
Calculer des quantités de matière (moles) à partir d'une masse donnée.
Utiliser la loi des Gaz Parfaits pour déterminer un volume de gaz.

Données de l'étude

On introduit un morceau de sodium métallique fraîchement coupé dans un grand cristallisoir rempli d'eau distillée. Une vive effervescence est observée.

Fiche Technique / Données

Paramètre	Valeur
Masse molaire du Sodium (\(M_{\text{Na}}\))	23,0 g/mol
Constante des gaz parfaits (\(R\))	8,314 J·mol⁻¹·K⁻¹
Pression atmosphérique (\(P_{\text{atm}}\))	101325 Pa
ExothermiqueRéaction qui dégage de la chaleur vers le milieu extérieur.	Oui

Schéma de l'expérience : État Initial

Variable	Symbole	Valeur	Unité
Masse de Sodium	\(m_{\text{Na}}\)	0,46	\(\text{g}\)
Température du labo	\(T\)	25,0	\(\text{°C}\)

Questions à traiter

Écrire l'équation bilan équilibrée de la réaction entre le sodium et l'eau.
Calculer la quantité de matière initiale de sodium (\(n_{\text{Na}}\)).
En déduire la quantité de matière de dihydrogène (\(n_{\text{H}_2}\)) produite.
Calculer le volume de gaz (\(V_{\text{H}_2}\)) dégagé dans les conditions de l'expérience.
Déterminer si la solution finale est acide ou basique.

Rappels Théoriques

Loi des Gaz Parfaits
Équation d'état reliant les variables thermodynamiques.

Équation d'état

P \cdot V = n \cdot R \cdot T

Où : \(P\) (Pa), \(V\) (m³), \(n\) (mol), \(T\) (K).

Masse Molaire
Lien entre masse et quantité de matière.

Formule de base

n = \frac{m}{M}

Température Absolue

T(\text{K}) = T(\text{°C}) + 273,15

Correction : Chimie des Éléments du Bloc s : Le Sodium et l'Eau

Question 1 : Équation de réaction

Principe

La réaction du sodium avec l'eau est une réaction d'oxydoréduction. Le sodium métallique (\(\text{Na}\)) perd un électron (il s'oxyde) tandis que l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)) en capte (elle se réduit).

Mini-Cours : Méthode des demi-équations

Pour équilibrer, on pose les demi-équations en s'assurant que le nombre d'électrons \(\text{e}^-\) est identique des deux côtés :

Oxydation : \( \text{Na} \rightarrow \text{Na}^+ + 1\text{e}^- \) (Il faut 2 électrons pour la suite, donc on multiplie tout par 2)
\(\Rightarrow 2\text{Na} \rightarrow 2\text{Na}^+ + 2\text{e}^-\)
Réduction : \( 2\text{H}_2\text{O} + 2\text{e}^- \rightarrow \text{H}_2 + 2\text{OH}^- \)

En additionnant les deux lignes, les \(2\text{e}^-\) s'annulent.

Remarque Pédagogique

L'écriture rigoureuse des états physiques \((\text{s}, \text{l}, \text{aq}, \text{g})\) est cruciale. Elle permet de visualiser immédiatement que le sodium solide disparaît, qu'un gaz s'échappe et que des ions restent dissous dans la solution.

Normes & Conventions

Selon l'IUPAC, une équation chimique doit respecter la conservation des éléments (Lavoisier) et la conservation de la charge électrique.

Formule(s) : Bilan Global

Somme des demi-équations

On additionne les réactifs entre eux et les produits entre eux, en simplifiant les électrons :

2\text{Na}_{(\text{s})} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\text{l})} \rightarrow 2\text{Na}^+_{(\text{aq})} + 2\text{OH}^-_{(\text{aq})} + \text{H}_{2(\text{g})}

On peut aussi écrire le produit dissous sous la forme moléculaire \(\text{NaOH}\) (Soude) pour simplifier l'écriture :

Équation Finale Simplifiée

2\text{Na}_{(\text{s})} + 2\text{H}_2\text{O}_{(\text{l})} \rightarrow 2\text{NaOH}_{(\text{aq})} + \text{H}_{2(\text{g})}

Cette équation est maintenant équilibrée en atomes et en charges.

Hypothèses

On considère que :

La réaction est totale (irréversible dans ces conditions).
La réaction est rapide (cinétique élevée due à la grande surface de contact).
Le solvant (eau) est en large excès et ne limite pas la réaction.

Donnée(s)

Réactif	Rôle Redox	État initial
Sodium (Na)	Réducteur	Solide métallique
Eau (H2O)	Oxydant	Liquide pur

Astuces

Méthode rapide d'équilibrage : Si vous hésitez sur les coefficients, regardez l'hydrogène. Dans \(\text{H}_2\text{O}\), H est par paire. Dans \(\text{NaOH} + \text{H}_2\), on a 1+2=3 H (impair). Pour retrouver un nombre pair, mettez un "2" devant \(\text{NaOH}\). Tout le reste s'ajuste ensuite facilement.

Visualisation Microscopique (Réactifs)

Calcul(s) : Vérification de la conservation

Pour être sûr que l'équation est correcte, nous comptons les atomes de chaque élément de part et d'autre de la flèche, ainsi que les charges :

Na : \( 2 \) (gauche) \(\rightarrow 2\) (droite) \(\Rightarrow\) OK
O : \( 2 \) (dans \( 2\text{H}_2\text{O} \)) \(\rightarrow 2\) (dans \( 2\text{NaOH} \)) \(\Rightarrow\) OK
H : \( 4 \) (dans \( 2\text{H}_2\text{O} \)) \(\rightarrow 2\) (dans \( 2\text{NaOH} \)) + \( 2 \) (dans \( \text{H}_2 \)) = \( 4 \) \(\Rightarrow\) OK
Charges : \( 0 \) (gauche) \(\rightarrow 0\) (droite) \(\Rightarrow\) OK

Tout est équilibré, nous pouvons valider cette équation pour la suite de l'exercice.

Visualisation Microscopique (Produits)

Réflexions

Cette réaction génère des ions en solution, ce qui rend l'eau conductrice (électrolyte). De plus, la formation de gaz \(\text{H}_2\) entraîne une augmentation de volume importante si le système était fermé (risque de surpression).

Points de vigilance

Erreur fréquente : Oublier que le dihydrogène est une molécule diatomique (\(\text{H}_2\)) et écrire simplement \(H\). L'hydrogène atomique n'est pas stable dans ces conditions.

Points à Retenir

L'essentiel à mémoriser :

Réaction d'oxydoréduction : Na s'oxyde.
Réaction très exothermique.
Dégagement de dihydrogène inflammable.

Le saviez-vous ?

Cette réaction est si exothermique qu'elle peut enflammer l'hydrogène produit, donnant une flamme orange caractéristique du sodium.

FAQ

Pourquoi met-on un coefficient 2 devant Na ?

Pour équilibrer les électrons : il faut 2 électrons (venant de 2 atomes de Na) pour réduire 2 molécules d'eau et former une molécule de \(\text{H}_2\).

Équation validée : \(2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + \text{H}_2\)

A vous de jouer
Quel est le coefficient stœchiométrique devant l'eau ?

📝 Mémo
"Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" (Lavoisier).

Question 2 : Quantité de matière de Sodium

Principe

On cherche à convertir une masse macroscopique en quantité de matière (moles). C'est le lien entre ce qu'on pèse sur la balance et le nombre d'atomes qui vont réagir.

Mini-Cours : La Mole et la Masse Molaire

La Mole (\(n\)) : C'est l'unité SI de la quantité de matière. Elle représente un "paquet" contenant \(N_{\text{A}} \approx 6,022 \times 10^{23}\) atomes.

La Masse Molaire (\(M\)) : C'est la masse d'une mole d'atomes d'un élément. Pour le Sodium (\(^{23}\text{Na}\)), \(M = 23,0 \text{ g/mol}\). Cela signifie que \(6,022 \times 10^{23}\) atomes de sodium pèsent exactement 23 grammes.

Remarque Pédagogique

L'analyse dimensionnelle est un outil puissant pour vérifier vos formules. Ici : \(\frac{[\text{Masse}]}{[\text{Masse Molaire}]} = \frac{\text{g}}{\text{g} \cdot \text{mol}^{-1}} = \text{g} \times \frac{\text{mol}}{\text{g}} = \text{mol}\). L'unité résultante est bien la mole.

Normes

Selon le système SI, la masse doit souvent être en kg, mais en chimie, la convention historique maintient l'usage du gramme (g) pour les masses molaires.

Formule(s)

Relation fondamentale

n = \frac{m}{M}

Où :

\(n\) : quantité de matière (\(\text{mol}\))
\(m\) : masse de l'échantillon (\(\text{g}\))
\(M\) : masse molaire (\(\text{g/mol}\))

Hypothèses

Pour ce calcul, nous supposons que :

Le sodium est pur (pas de couche d'oxyde \(\text{Na}_2\text{O}\) ou d'hydroxyde \(\text{NaOH}\) en surface).
L'huile de conservation (paraffine) a été parfaitement essuyée avant la pesée.

Donnée(s)

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Masse de Na	\(m_{\text{Na}}\)	0,46	\(\text{g}\)
Masse Molaire atomique	\(M_{\text{Na}}\)	23,0	\(\text{g/mol}\)

Astuces

Calcul mental : Observez les chiffres ! \(0,46\) ressemble étrangement à \(46\), qui est le double de \(23\).
\(0,46 = 46 \times 10^{-2}\)
\(\frac{46 \times 10^{-2}}{23} = 2 \times 10^{-2} = 0,02\). Pas besoin de calculatrice !

Pesée de précision

Calcul(s)

Application Numérique

Nous insérons les valeurs numériques dans la formule, en respectant les unités. La division permet de trouver le nombre de "paquets" de moles :

\begin{aligned} n_{\text{Na}} &= \frac{0,46 \text{ g}}{23,0 \text{ g/mol}} \\ &= 0,020 \text{ mol} \end{aligned}

Pour rendre ce résultat plus lisible et éviter les virgules, il est courant de convertir ce résultat en millimoles (mmol) :

n_{\text{Na}} = 0,020 \text{ mol} \times 1000 = 20 \text{ mmol}

Représentation Conceptuelle (Le "Paquet")

Réflexions

Le résultat est cohérent. Une masse inférieure à 1 gramme pour un atome "léger" (début du tableau) doit donner une fraction de mole. \(0,020\) est une valeur très courante dans les exercices de TP.

Points de vigilance

Chiffres significatifs (CS) :
La masse \(m=0,46\) a 2 CS.
La masse molaire \(M=23,0\) a 3 CS.
Le résultat doit être donné avec le nombre de CS le plus faible, soit 2. On écrit donc \(0,020\) (le zéro final est significatif) et non juste \(0,02\).

Points à Retenir

L'essentiel à mémoriser :

La formule clé : \(n = m/M\).
Ne jamais mélanger les unités (g avec g/mol, kg avec kg/mol).
La masse molaire se trouve toujours dans le tableau périodique (case de l'élément).

Le saviez-vous ?

Bien que le sodium soit un métal, il est moins dense que l'eau (\(d=0,97\)). C'est pour cela qu'il flotte lors de la réaction, contrairement au fer ou au cuivre qui couleraient.

FAQ

Pourquoi la masse molaire n'est pas un nombre entier (23,0) ?

La masse molaire tient compte de l'abondance naturelle des isotopes. Pour le Sodium, il n'y a qu'un seul isotope stable (\(^{23}\text{Na}\)), donc sa masse est très proche d'un entier, mais les défauts de masse nucléaire créent de légères variations.

Résultat : \(n_{\text{Na}} = 0,020 \text{ mol}\)

A vous de jouer
Si la masse était de 2,30 g, quelle serait la quantité de matière ?

📝 Mémo
Masse (g) divisée par Masse Molaire (g/mol) = Moles (mol).

Question 3 : Quantité de matière de \(\text{H}_2\)

Principe

Maintenant que nous connaissons la quantité de réactif introduite (Sodium), nous allons utiliser la stœchiométrie de l'équation bilan pour prédire la quantité de produit (Dihydrogène) qui sera formée. C'est l'application directe de la loi des proportions définies.

Mini-Cours : Le Tableau d'Avancement

L'équation \( 2\text{Na} + 2\text{H}_2\text{O} \rightarrow 2\text{NaOH} + 1\text{H}_2 \) nous dit :
"Pour 2 moles de Na consommées, il se forme 1 mole de \(\text{H}_2\)".

Le rapport molaire est donc : \( \frac{n(\text{Na})_{\text{conso}}}{2} = \frac{n(\text{H}_2)_{\text{produit}}}{1} \).

Comme le Sodium est le réactif limitant (car l'eau est le solvant et donc en large excès), tout le Sodium initial est consommé (\(n(\text{Na})_{\text{conso}} = n(\text{Na})_{\text{initial}}\)).

Remarque Pédagogique

C'est ici que l'équilibrage de la question 1 prend toute son importance. Une erreur de coefficient (par exemple oublier le 2 devant Na) entraînerait une erreur d'un facteur 2 sur tout le reste de l'exercice.

Normes

Notation standard : \(n_i\) pour initial, \(n_f\) pour final, \(\xi\) (xi) pour l'avancement.

Formule(s)

En isolant \(n_{\text{H}_2}\) dans l'égalité précédente, on obtient la relation de proportionnalité :

\begin{aligned} n_{\text{H}_2} &= n_{\text{Na}} \times \frac{1}{2} \\ &= \frac{n_{\text{Na}}}{2} \end{aligned}

Hypothèses

Nous supposons que :

La réaction est totale (rendement de 100%).
Aucun gaz \(\text{H}_2\) n'est perdu par fuite avant la mesure (système idéal).
L'eau est en excès (ce qui est évident vu le cristallisoir plein).

Donnée(s)

Paramètre	Valeur
\(n_{\text{Na}}\) calculé précédemment	0,020 mol
Coefficient stœchiométrique Na	2
Coefficient stœchiométrique H2	1

Astuces

Visualisez la réaction comme une recette de cuisine : Il faut 2 tranches de pain (Na) pour faire 1 sandwich (H2). Si j'ai 20 tranches, je fais 10 sandwichs. On divise bien par 2.

Flux Stœchiométrique

Calcul(s)

Calcul Principal

On divise simplement la quantité de matière de sodium calculée à la question précédente par le facteur stœchiométrique 2 :

\begin{aligned} n_{\text{H}_2} &= \frac{0,020}{2} \\ &= 0,010 \text{ mol} \end{aligned}

Le système produit donc 10 millimoles de dihydrogène gazeux.

Bilan de Matière Visuel

Réflexions

On remarque que l'on produit moins de moles de gaz que l'on a consommé de solide. C'est une information importante pour dimensionner le matériel de récupération de gaz.

Points de vigilance

Ne confondez pas le nombre de moles avec la masse ! \(n_{\text{H}_2} = n_{\text{Na}}/2\) est vrai, mais \(m_{\text{H}_2} \neq m_{\text{Na}}/2\) (les masses molaires sont très différentes).

Points à Retenir

L'essentiel à mémoriser :

Lire les coefficients de l'équation.
Identifier le réactif limitant (ici Na).
Produit en croix mental : \( \frac{n_{\text{Na}}}{2} = \frac{n_{\text{H}_2}}{1} \).

Le saviez-vous ?

0,010 mol de gaz représente environ \(6 \times 10^{21}\) molécules de dihydrogène générées en quelques secondes !

FAQ

Et la quantité d'eau ?

Comme l'eau est le solvant, sa variation de quantité est négligeable (0,020 mol d'eau consommée = 0,36 g sur des centaines de grammes présents). On considère sa concentration constante.

Résultat : \(n_{\text{H}_2} = 0,010 \text{ mol}\)

A vous de jouer
Si on avait 4 moles de Na, combien de moles de \(\text{H}_2\) obtiendrait-on ?

📝 Mémo
Coefficient 2 devant Na => on divise par 2 pour avoir H2.

Question 4 : Volume de gaz produit

Principe

Nous passons maintenant d'une quantité chimique abstraite (moles) à une grandeur physique concrète et mesurable : le volume occupé par le gaz. Pour cela, nous utilisons l'équation d'état qui lie pression, température et quantité de matière.

Mini-Cours : Le Gaz Parfait

L'équation des Gaz Parfaits \(PV = nRT\) repose sur deux hypothèses simplificatrices :

Les molécules sont ponctuelles (volume propre négligeable).
Il n'y a aucune interaction (attraction/répulsion) entre les molécules.

Pour le dihydrogène (\(\text{H}_2\)) à température ambiante et pression atmosphérique, ce modèle est excellent (erreur < 1%).

\(R\) est la constante universelle des gaz parfaits : \(8,314 \text{ J} \cdot \text{mol}^{-1} \cdot \text{K}^{-1}\).

Remarque Pédagogique

C'est l'étape où la plupart des erreurs d'unités se produisent. La thermodynamique ne pardonne pas : la température doit être absolue (Kelvin) et le volume sortira dans l'unité SI de base (mètre cube).

Normes

Système International (SI) :

Pression \(P\) en Pascals (\(\text{Pa}\)).
Température \(T\) en Kelvin (\(\text{K}\)).
Volume \(V\) en mètres cubes (\(\text{m}^3\)).

Formule(s)

On manipule la formule \(PV=nRT\) pour isoler le volume \(V\) :

V = \frac{n \times R \times T}{P}

Hypothèses

On suppose que le gaz est à la même température que le labo (équilibre thermique rapide) et à la pression atmosphérique (récipient ouvert).

Donnée(s)

Paramètre	Symbole	Valeur	Unité
Quantité de \(\text{H}_2\)	\(n\)	0,010	mol
Constante des gaz	\(R\)	8,314	J/(mol·K)
Température	\(T\)	25,0	°C
Pression	\(P\)	101325	Pa

Astuces

Conversion m³ vers mL : Un mètre cube, c'est énorme (un cube de 1m x 1m x 1m). Il contient 1000 Litres. Et 1 Litre contient 1000 mL. Donc \(1 \text{ m}^3 = 1\,000\,000 \text{ mL}\) (\(10^6\)).

Variables d'État

Calcul(s)

Étape 1 : Conversion de Température

On ajoute 273,15 à la température Celsius pour passer en Kelvin :

\begin{aligned} T(\text{K}) &= 25,0 + 273,15 \\ &= 298,15 \text{ K} \end{aligned}

Explication du résultat : La température thermodynamique est de 298,15 K. C'est cette valeur positive qui permet d'utiliser les équations d'énergie.

Étape 2 : Calcul du Numérateur (nRT)

On calcule d'abord le produit de la quantité de matière, de la constante et de la température (ce terme représente l'énergie thermique du gaz) :

\begin{aligned} nRT &= 0,010 \times 8,314 \times 298,15 \\ &\approx 24,788 \text{ Joules} \end{aligned}

Explication du résultat : Le produit nRT vaut environ 24,8 J. Cela correspond à l'énergie cinétique totale des particules de gaz.

Étape 3 : Division par la Pression

On divise ce résultat énergétique par la pression atmosphérique pour obtenir le volume brut (en système international) :

\begin{aligned} V &= \frac{24,788}{101325} \\ &\approx 2,446 \times 10^{-4} \text{ m}^3 \end{aligned}

Explication du résultat : Le volume occupé est de 0,0002446 mètre cube. C'est une très petite fraction d'un mètre cube.

Étape 4 : Conversion d'unités

Le résultat en mètres cubes est peu parlant pour un volume de gaz de laboratoire. Convertissons en Litres (L) puis en millilitres (mL) en multipliant par 1 million :

\begin{aligned} V(\text{mL}) &= 2,446 \times 10^{-4} \times 10^6 \\ &= 244,6 \text{ mL} \\ &\approx 245 \text{ mL} \end{aligned}

Explication du résultat : Le volume final est d'environ 245 mL, soit l'équivalent d'un grand verre d'eau ou d'une petite bouteille.

Visualisation du Volume

Réflexions

Un petit morceau de métal (0,46g) génère un volume de gaz comparable à une petite canette de soda. Cela illustre la **disparité de densité** entre les états condensés (solide/liquide) et l'état gazeux (1000 fois moins dense).

Points de vigilance

Ne jamais oublier de convertir la température en Kelvin ! Utiliser \(25\) au lieu de \(298,15\) donnerait un résultat totalement faux (et physiquement impossible pour un gaz parfait).

Points à Retenir

L'essentiel à mémoriser :

Formule : \(V = nRT/P\).
T en Kelvin (+273.15).
P en Pascal (\(1 \text{ atm} \approx 10^5 \text{ Pa}\)).
Le résultat brut est en \(\text{m}^3\).

Le saviez-vous ?

A 0°C et 1 atm (Conditions Normales de Température et de Pression - CNTP), le volume molaire d'un gaz est de **22,4 L/mol**. A 25°C, il se dilate pour atteindre environ **24,5 L/mol**.

FAQ

Peut-on utiliser Vm = 24 L/mol directement ?

Oui, c'est une méthode alternative courante :

\begin{aligned} V &= n \times V_{\text{m}} \\ &= 0,010 \times 24,5 \\ &= 0,245 \text{ L} \end{aligned}

C'est beaucoup plus rapide si on connait le volume molaire à cette température !

Résultat : \(V_{\text{H}_2} \approx 245 \text{ mL}\)

A vous de jouer
Si la température était de 0°C (273.15 K) au lieu de 25°C, le volume serait-il plus grand ou plus petit ?

Réponse

Plus petit. Selon la loi de Charles, à pression constante, le volume d'un gaz est directement proportionnel à sa température absolue. Si T diminue, V diminue (contraction thermique).

📝 Mémo
Chaud = Dilaté = Plus de volume. Froid = Contracté = Moins de volume.

Question 5 : Acidité de la solution

Principe

Pour déterminer le caractère acide ou basique de la solution finale, nous devons inventorier les espèces chimiques présentes dans l'eau après la réaction et analyser leurs propriétés acido-basiques selon la théorie de Brønsted ou d'Arrhenius.

Mini-Cours : Acides, Bases et pH

Base d'Arrhenius : Substance qui libère des ions hydroxyde \(\text{OH}^-\) en solution aqueuse.

pH (Potentiel Hydrogène) : Mesure l'activité des ions \(\text{H}_3\text{O}^+\). Le produit ionique de l'eau est constant (\(K_{\text{e}} = [\text{H}_3\text{O}^+][\text{OH}^-] = 10^{-14}\)). Si \([\text{OH}^-]\) augmente, \([\text{H}_3\text{O}^+]\) diminue mathématiquement.

pH < 7 : Solution Acide (\([\text{H}_3\text{O}^+] > [\text{OH}^-]\))
pH = 7 : Solution Neutre
pH > 7 : Solution Basique (\([OH^-] > [H_3O^+]\))

Remarque Pédagogique

Le terme "Alcalin" (famille du sodium) et "Alcali" (base) ont la même racine étymologique arabe *al-qali* (cendres de plantes), car les cendres contiennent de la potasse (carbonate de potassium), une base forte.

Normes

L'échelle de pH standard va de 0 à 14 dans l'eau à 25°C. Les solutions de soude concentrées peuvent dépasser 14 (activité > 1), mais c'est hors programme ici.

Formule(s)

Dissociation ionique du produit formé :

\text{NaOH}_{(\text{s})} \xrightarrow{\text{eau}} \text{Na}^+_{(\text{aq})} + \text{OH}^-_{(\text{aq})}

Relation pH / pOH (pour info) :

\text{pH} = 14 + \log([\text{OH}^-])

Hypothèses

La dissociation de \(\text{NaOH}\) est totale. C'est une base forte.

NaOH est un électrolyte fort.
L'eau initiale est pure (pH 7).

Donnée(s)

Espèce Chimique	Nature	Effet sur le pH
Ion Sodium (\(\text{Na}^+\))	Ion Spectateur (Acide de Lewis très faible)	Négligeable (Neutre)
Ion Hydroxyde (\(\text{OH}^-\))	Base Forte	Augmente fortement le pH

Astuces

Dès que vous voyez "Hydroxyde" (\(\text{OH}\)) dans le nom d'un composé ionique soluble, c'est une base. L'inverse de l'hydronium (\(\text{H}^+\)) qui est acide.

Espèces en Solution (Microscopique)

Calcul(s) & Analyse Qualitative

Bilan des espèces

L'équation de réaction produit 2 moles de \(\text{NaOH}\) pour 2 moles de \(\text{H}_2\text{O}\) consommées. Le \(\text{NaOH}\) libère directement des ions \(\text{OH}^-\) dans le milieu.

\text{NaOH}_{(\text{s})} \rightarrow \text{Na}^+_{(\text{aq})} + \text{OH}^-_{(\text{aq})}

La concentration en ions \(\text{OH}^-\) augmente significativement, brisant l'équilibre de l'eau (\(10^{-7}\)). Comme \([\text{OH}^-]\) devient très grand, le pH devient très grand.

[\text{OH}^-] \gg [\text{H}_3\text{O}^+] \Rightarrow \text{pH} > 7

Test au Papier pH / Indicateur

Réflexions

La solution obtenue est de la soude caustique diluée. C'est chimiquement identique aux produits déboucheurs de canalisations (qui dissolvent les bouchons organiques par réaction basique). Cela illustre la dangerosité potentielle de cette solution apparemment anodine (elle ressemble à de l'eau).

Points de vigilance

Sécurité : Les bases fortes comme la soude attaquent la matière organique (la peau, les yeux) par saponification des graisses. Ne jamais toucher ! Rincer abondamment à l'eau en cas de projection.

Points à Retenir

L'essentiel à mémoriser :

Formation d'ions \(\text{OH}^-\) = Milieu Basique.
pH > 7.
Les métaux alcalins rendent l'eau basique (d'où leur nom).

Le saviez-vous ?

Le mot "caustique" vient du grec *kaustikos* qui signifie "qui brûle". Une brûlure chimique par base est souvent plus grave et plus lente à guérir qu'une brûlure par acide.

FAQ

Peut-on rejeter cette solution à l'évier ?

Pour de très petites quantités (TP lycée), oui, avec beaucoup d'eau courante. Pour des quantités industrielles, il faut neutraliser avec un acide avant rejet.

La solution est BASIQUE.

A vous de jouer
Quelle serait la couleur du papier pH universel trempé dans cette solution ?

📝 Mémo
OH- = Base = pH élevé (>7) = Danger Corrosif.

Schéma Bilan de l'Exercice

Résumé visuel de la transformation chimique complète.

📝 Grand Mémo : Ce qu'il faut retenir absolument

Voici la synthèse des compétences clés acquises grâce à cet exercice :

🔑
Point Clé 1 : Réactivité Alcaline
Les métaux du groupe 1 (Li, Na, K) sont des réducteurs puissants. Ils réagissent avec l'eau pour donner une base forte (\(\text{OH}^-\)) et de l'hydrogène (\(\text{H}_2\)).
📐
Point Clé 2 : Rigueur Stœchiométrique
Toujours écrire l'équation équilibrée avant tout calcul. Attention aux facteurs (ici 1/2). Toujours convertir la T en Kelvin pour les gaz.
⚠️
Point Clé 3 : Sécurité
La réaction est fortement exothermique (dégage de la chaleur). L'hydrogène est explosif. La soude est corrosive. Prudence absolue !

"Alcalin dans l'eau : ça chauffe, ça gaze (H₂), ça devient basique (OH⁻) et ça ne pardonne pas l'erreur de calcul !"

🎛️ Simulateur : Production de Gaz

Simulez le volume de \(\text{H}_2\) produit en fonction de la masse de sodium utilisée et de la température.

Paramètres Expérimentaux

Masse de Sodium (g) : 0.50

Température (°C) : 25

Quantité de matière H₂ : -

Volume de H₂ généré : -

📝 Quiz final : Maîtrise du Bloc s

1. Quel ion est formé lorsque le sodium perd un électron ?

Cation \(\text{Na}^+\) (Le sodium s'oxyde)
Anion \(\text{Na}^-\) (Le sodium se réduit)
Isotope \(\text{Na}^2\) (Transformation nucléaire)

2. La réactivité des métaux alcalins _________ lorsque l'on descend dans la colonne du tableau périodique (Li -> Na -> K -> Cs).

diminue (l'atome devient plus petit)
augmente (l'électron de valence est moins retenu)

📚 Glossaire Technique

Alcalin: Se dit d'une solution basique (pH > 7) ou des métaux du groupe 1 (Li, Na, K...) qui forment des bases fortes.
Oxydation: Perte d'électrons par une espèce chimique. Ici, le \(\text{Na}\) devient \(\text{Na}^+\) en perdant \(\text{e}^-\).
Stœchiométrie: Étude des proportions quantitatives (en moles) selon lesquelles les réactifs se combinent et les produits se forment.
Gaz Parfait: Modèle théorique de gaz où les interactions entre molécules sont négligées. Valide à basse pression.
Effervescence: Dégagement rapide et tumultueux de gaz dans un liquide (formation de bulles).

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Étude de Chimie

La chimie expliquée simplement. Organique, inorganique, biochimie... retrouvez des cours clairs et des exercices pour progresser.

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BOÎTE À OUTILS

Titre Outil

À DÉCOUVRIR SUR LE SITE

Objectifs Pédagogiques

Données de l'étude

Fiche Technique / Données

Schéma de l'expérience : État Initial

Questions à traiter

Rappels Théoriques

Correction : Chimie des Éléments du Bloc s : Le Sodium et l'Eau

Question 1 : Équation de réaction

Principe

Mini-Cours : Méthode des demi-équations

Remarque Pédagogique

Normes & Conventions

Formule(s) : Bilan Global

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Visualisation Microscopique (Réactifs)

Calcul(s) : Vérification de la conservation

Visualisation Microscopique (Produits)

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Question 2 : Quantité de matière de Sodium

Principe

Mini-Cours : La Mole et la Masse Molaire

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Pesée de précision

Calcul(s)

Application Numérique

Représentation Conceptuelle (Le "Paquet")

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Question 3 : Quantité de matière de \(\text{H}_2\)

Principe

Mini-Cours : Le Tableau d'Avancement

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Flux Stœchiométrique

Calcul(s)

Calcul Principal

Bilan de Matière Visuel

Réflexions

Points de vigilance

Points à Retenir

Le saviez-vous ?

FAQ

Question 4 : Volume de gaz produit

Principe

Mini-Cours : Le Gaz Parfait

Remarque Pédagogique

Normes

Formule(s)

Hypothèses

Donnée(s)

Astuces

Variables d'État

Calcul(s)

Étape 1 : Conversion de Température

Étape 2 : Calcul du Numérateur (nRT)

Étape 3 : Division par la Pression

Étape 4 : Conversion d'unités

Visualisation du Volume