À propos de cette expérience
Fixez un ballon à un récipient contenant du vinaigre, versez-y du bicarbonate de soude et observez le collecteur de gaz se gonfler. Modifiez les quantités de réactifs pour identifier le réactif limitant, puis comparez un ballon souple à un ballon rigide. Un essai avec un récipient ouvert relie la même production chimique de gaz à son échappement plutôt qu’à sa rétention.
Objectifs pédagogiques
- Prévoyez quelle quantité de bicarbonate ou d’acide acétique sera le réactif limitant.
- Reliez la taille du ballon à la quantité de gaz et à la pression, plutôt qu’aux seules bulles.
- Comparez le gaz retenu à celui qui franchit une limite ouverte.
Comment l’utiliser
- 1Fixez le ballon, versez la quantité de poudre par défaut et notez le volume final de gaz.
- 2Augmentez la quantité de bicarbonate de soude tout en gardant celle de vinaigre inchangée, puis repérez le plateau de production de gaz.
- 3Gardez les quantités de réactifs constantes, augmentez la rigidité du ballon et comparez la pression au volume.
- 4Retirez le ballon lors d’un nouvel essai, répétez la réaction et examinez la masse de gaz échappé.
Le modèle
Hypothèses
- La réaction idéale est NaHCO₃ + CH₃COOH → CH₃COONa + H₂O + CO₂. La densité du vinaigre est de 1 g/mL et son degré choisi correspond au pourcentage massique d’acide acétique.
- La production de gaz tend vers la quantité limite selon 1 moins exp(-0.07t), à 298,15 K constants. Le CO₂ dissous, l’équilibre de l’acide acétique et les variations de température sont exclus.
- Un collecteur raccordé retient du CO₂ idéal à une pression absolue P = 101.325 kPa + K fois le volume de gaz en litres. Cette raideur linéaire positive est une loi pédagogique de compliance, et non un modèle constitutif réel d’un ballon en latex. Un collecteur détaché ne retient aucun gaz.
À essayer en classe
- Q1Pourquoi l’ajout de bicarbonate de soude ne fait-il plus augmenter la taille du ballon ?
- Q2Pourquoi un ballon plus raide contient-il la même quantité de gaz dans un volume plus petit ?
Foire aux questions
Le volume du ballon est-il égal au volume du gaz parfait à la pression ambiante ?
Uniquement lorsque la raideur choisie est nulle. Pour une raideur positive, la pression du gaz est plus élevée et son volume plus faible.
Pourquoi le récipient ouvert perd-il de la masse, contrairement au ballon raccordé ?
Dans le cas ouvert, le dioxyde de carbone quitte le système mesuré. Dans le cas fermé, le collecteur reste à l’intérieur des limites de ce système.