Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre
Comprendre le Sulfate de Cuivre et ses Hydrates
Le sulfate de cuivre(II), de formule \(\text{CuSO}_4\), est un composé ionique important avec de nombreuses applications, notamment comme fongicide, en galvanoplastie, et comme réactif en laboratoire. Il existe sous forme anhydre (sans eau de cristallisation), qui est une poudre blanche, et sous diverses formes hydratées. La forme la plus commune est le sulfate de cuivre(II) pentahydraté, \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\), qui se présente sous forme de cristaux bleus vifs. L'étude quantitative de ces composés implique la détermination de leur masse molaire, la proportion d'eau de cristallisation, et les relations stœchiométriques lors de réactions de déshydratation ou d'autres transformations.
Données de l'étude
- Composé étudié : Sulfate de cuivre(II) pentahydraté (\(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\))
- Masses molaires atomiques (arrondies) :
- Cuivre (Cu) : \(63.5 \, \text{g/mol}\)
- Soufre (S) : \(32.1 \, \text{g/mol}\)
- Oxygène (O) : \(16.0 \, \text{g/mol}\)
- Hydrogène (H) : \(1.0 \, \text{g/mol}\)
Schéma : Déshydratation du Sulfate de Cuivre Pentahydraté
Déshydratation du sulfate de cuivre(II) pentahydraté par chauffage.
Questions à traiter
- Calculer la masse molaire de l'eau (\(M_{\text{H}_2\text{O}}\)).
- Calculer la masse molaire du sulfate de cuivre(II) anhydre (\(M_{\text{CuSO}_4}\)).
- Calculer la masse molaire du sulfate de cuivre(II) pentahydraté (\(M_{\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}}\)).
- Déterminer le pourcentage massique d'eau de cristallisation dans le sulfate de cuivre(II) pentahydraté.
- Quelle masse de sulfate de cuivre(II) anhydre (\(\text{CuSO}_4\)) peut-on obtenir par déshydratation complète de \(50.0 \, \text{g}\) de sulfate de cuivre(II) pentahydraté ?
- Calculer la quantité de matière (nombre de moles) d'ions cuivre(II) (\(\text{Cu}^{2+}\)) présents dans un échantillon de \(12.48 \, \text{g}\) de sulfate de cuivre(II) pentahydraté.
Correction : Étude Quantitative du Sulfate de Cuivre
Question 1 : Masse Molaire de l'Eau (\(M_{\text{H}_2\text{O}}\))
Principe :
La masse molaire de l'eau (\(\text{H}_2\text{O}\)) est la somme des masses molaires atomiques de deux atomes d'hydrogène et d'un atome d'oxygène.
Calcul :
Question 2 : Masse Molaire du Sulfate de Cuivre(II) Anhydre (\(M_{\text{CuSO}_4}\))
Principe :
La masse molaire de \(\text{CuSO}_4\) est la somme des masses molaires atomiques de Cu, S et de 4 atomes de O.
Calcul :
Question 3 : Masse Molaire du Sulfate de Cuivre(II) Pentahydraté (\(M_{\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}}\))
Principe :
La masse molaire du composé hydraté est la somme de la masse molaire du composé anhydre et de la masse molaire de cinq molécules d'eau.
Calcul :
Quiz Intermédiaire 1 : Quelle est la masse molaire du sulfate de magnésium heptahydraté (\(\text{MgSO}_4 \cdot 7\text{H}_2\text{O}\)) ? (Données : \(M(\text{Mg})=24.3 \, \text{g/mol}\), \(M(\text{S})=32.1 \, \text{g/mol}\), \(M(\text{O})=16.0 \, \text{g/mol}\), \(M(\text{H})=1.0 \, \text{g/mol}\))
Question 4 : Pourcentage Massique d'Eau de Cristallisation
Principe :
Le pourcentage massique d'eau est la masse totale des molécules d'eau de cristallisation divisée par la masse molaire du composé hydraté, le tout multiplié par 100.
Formule(s) utilisée(s) :
Calcul :
Question 5 : Masse de \(\text{CuSO}_4\) Anhydre Obtenue
Principe :
La masse de \(\text{CuSO}_4\) anhydre représente la partie "non-eau" du composé hydraté. On peut la calculer en utilisant le pourcentage massique de \(\text{CuSO}_4\) dans l'hydrate, ou en calculant le nombre de moles d'hydrate puis le nombre de moles de \(\text{CuSO}_4\) (qui est le même), et enfin la masse de \(\text{CuSO}_4\).
Pourcentage massique de \(\text{CuSO}_4\) dans l'hydrate : \(100\% - \% \text{H}_2\text{O} = 100\% - 36.06\% = 63.94\%\).
Données spécifiques :
- Masse de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) : \(50.0 \, \text{g}\)
- Pourcentage massique de \(\text{CuSO}_4\) : \(63.94\% \approx 0.6394\)
Calcul (méthode 1 : pourcentage massique) :
Calcul (méthode 2 : via les moles) :
1. Moles de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) :
2. Moles de \(\text{CuSO}_4\) (stœchiométrie 1:1) : \(n_{\text{CuSO}_4} = n_{\text{hydrate}} \approx 0.20032 \, \text{mol}\)
3. Masse de \(\text{CuSO}_4\) :
Question 6 : Quantité de Matière d'Ions \(\text{Cu}^{2+}\) dans \(12.48 \, \text{g}\) d'Hydrate
Principe :
1. Calculer le nombre de moles de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) dans l'échantillon.
2. Déterminer le nombre de moles d'ions \(\text{Cu}^{2+}\). Chaque unité de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) contient un ion \(\text{Cu}^{2+}\), donc le nombre de moles d'ions \(\text{Cu}^{2+}\) est égal au nombre de moles du composé hydraté.
Données spécifiques :
- Masse de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) : \(12.48 \, \text{g}\)
- Masse molaire de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) : \(249.6 \, \text{g/mol}\)
Calcul du nombre de moles de \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) :
Calcul du nombre de moles d'ions \(\text{Cu}^{2+}\) :
Quiz Intermédiaire 2 : Combien de moles d'ions sulfate (\(\text{SO}_4^{2-}\)) y a-t-il dans \(0.25 \, \text{mol}\) de \(\text{Al}_2(\text{SO}_4)_3\) ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Qu'est-ce qu'un composé hydraté ?
2. La formule \(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\) indique que pour chaque unité de \(\text{CuSO}_4\), il y a :
3. La déshydratation complète du sulfate de cuivre(II) pentahydraté conduit à la formation de :
Glossaire
- Sulfate de Cuivre(II)
- Composé ionique de formule \(\text{CuSO}_4\). Sous forme anhydre, il est blanc. Sous forme pentahydratée (\(\text{CuSO}_4 \cdot 5\text{H}_2\text{O}\)), il est bleu.
- Hydrate (Composé Hydraté)
- Composé cristallin qui contient des molécules d'eau (eau de cristallisation ou eau d'hydratation) intégrées dans sa structure cristalline dans des proportions stœchiométriques définies.
- Composé Anhydre
- Composé duquel toute l'eau de cristallisation a été éliminée.
- Eau de Cristallisation (ou d'Hydratation)
- Molécules d'eau qui font partie intégrante de la structure cristalline de certains sels ou minéraux.
- Masse Molaire (\(M\))
- Masse d'une mole d'une substance. Unité : g/mol.
- Quantité de Matière (\(n\))
- Mesure du nombre d'entités élémentaires (atomes, molécules, ions). Unité : mole (mol).
- Composition Centésimale Massique
- Pourcentage en masse de chaque élément (ou groupe, comme l'eau d'hydratation) dans un composé.
- Déshydratation
- Processus d'élimination de l'eau d'une substance, en particulier l'eau de cristallisation d'un hydrate, souvent par chauffage.
D’autres exercices de chimie inorganique:
0 commentaires