TP :8 Décomposition thermique

Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
TP :8 Décomposition thermique
1. Résumé
2. Introduction
Dans ce TP, nous verrons les différents aspects de la décomposition thermique et de la
méthode de thermogravimétrie dans l’analyse d’un sel (oxalate de cobalt) de formule exacte
inconnue.
D’abord, nous utiliserons différentes chaleurs afin de déterminer les fractions massiques de
deux sels (oxalate de calcium et de cobalt) et de la matière organique dans deux échantillons
de terre.
Ensuite, quelques expériences seront élaborées afin de voir les effets de la température sur les
réactions de combustion d’hydrocarbures (méthane et cire).
La formule de l’oxalate de cobalt sera enfin déterminée par l’association de titrages (qui
établiront la stoechiométrie entre l’oxalate et le cobalt) et de la thermogravimétrie (qui
définira le nombre d’hydratation). Un tableau peut faciliter la détermination de cette formule .
1.1 Décomposition thermique
Méthodologie
Décomposition de l’oxalate de calcium monohydraté
Prélever 1g de CaC2O4_H2O et le chauffer à 40°C pendant 45 minutes et laisser refroidir dans
le dessicateur. Puis laver et mettre à 120°C 3 creusets pendant 30 minutes et laisser refroidir
dans le dessicateur. Puis introduire dans chaque creuset 0.15 g de CaC2O4_H2O. Mettre un
creuset à 120 °C, un autre à 500°C et le dernier à 900°g pendant deux heures. Puis les
peuser.Calculer les fractions massique résiduelles pour les trois températures Ecrire les
réaction et comparer avec les fractions massique théorique.
Décomposition de l’oxalate de cobalt
L’oxalate de cobalt a été synthétisé à l’expérience n°5. Suivre le même procéder que pour la
décomposition de l’oxalate de calcium monohydraté et calculer les fractions massiques
résiduelles pour les trois températures.
-1-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
Détermination de la matière organique.
creuset
Poids a
vide
E
P
50
53
50
53
57.9818
32.8801
31.1695
32.7726
31.1695
32.7726
Masse
initiale du
sel (g)
0.1522
0.1542
0.1499
0.1516
0.1435
0.1427
Température Poids après Masse finale
°C
séchage
du sel (g)
120
120
500
500
900
900
58.1440
33.0260
31.2718
32.8761
31.8452
32.8273
0.1622
0.1459
0.1023
0.1035
0.6757
0.0547
Fraction
massique
résiduelle
1.0657
0.9462
0.6825
0.6827
4.7087
0.3833
Qualité
mesure
mauvaise
bonne
bonne
bonne
mauvaise
bonne
Sécher 1g de deux échantillon de sol à 50°C pendant 30 minute et introduire dans 3 creuset
précédemment laver et sécher (comme vu plus haut) 0.15g de l’échantillon et mettre les trois
creuset à 900°C pendant 1 heure. Calculer la fraction massique ainsi que l’écart-type.
Résultat
Décomposition de l’oxalate de calcium monohydrate
Réaction :
à 120°C
CaC2O4_H2O _ CaC2O4 + H2O
déshydratation
à 500°C
CaC2O4 + H2O _ CaCO3+CO2+ 2H+ + 2eO2 + 4H+ + 4e- _ 2H2O
2CaC2O4 + O2 _ 2CaCO3 + 2CO2
oxydation
à 900°C
CaCO3 _ CaO + CO2
décomposition spontané
Décomposition de l’oxalate de cobalt
creuset
Poids a
vide
Masse
initiale du
sel (g)
Température
°C
Poids
après
séchage
Masse finale
du sel (g)
Fraction
massique
résiduelle
Qualité
mesure
B
MEY
51
52
53
54
32.8729
37.4318
31.4418
32.0325
32.7726
32.0499
0.1519
0.1507
0.1519
0.1507
0.1679
0.1478
120
120
500
500
900
900
31.5089
37.581
31.5089
32.0976
31.2256
32.113
-1.364
0.1492
0.0671
0.0651
-1.547
0.0631
-8.9796
0.9900
0.4417
0.4320
-9.2138
0.4269
mauvaise
bonne
bonne
bonne
mauvaise
bonne
Détermination de la matière organique
-2-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
Type de
terre
creuset
Poids a vide
Masse initiale Température
échant. (g)
°C
2
50
31.1695
0.1576
2
51
31.4418
0.1708
1
52
32.0325
0.142
Poids après
séchage
Masse finale
échantillon (g)
900
31.2681
0.0986
900
31.5468
0.105
fraction
massiques
résiduelles
0.3744
0.3852
900
32.046
0.0135
0.9049
type 2
moyenne
ecart-type
Qualité
mesure
0.3798
0.0077
Discussion
Pour la décomposition de l’oxalate de calcium monohydrate nos mesures sont plutôt bonne on
peut facilement trouver les différentes décompositions car nos valeurs massiques
correspondent bien ave la théorie
En ce qui concerne la décomposition de l’oxalate de cobalt ce point sera reprit plus loin dans
le TP. Nos mesure semblent bonne elle suit le schéma d’une décompositions en trois phase.
L’expérience de la détermination de la matière organique nous fait remarquer que dans un sol
la quantité de matière organique peut énormément varier. Cependant l’expérience n’a pas pu
être répété suffisamment de fois pour proposer une analyse quantitative précise.
1.2 Structure d’une flamme
La flamme du Bec Bunsen
Méthodologie
Allumer un bec bunsen et régler la flamme pour obtenir trois type flammes différentes.
Décrire leur couleur puis mètre un creuset dans la flamme et observer.
A l’aide du fil de tungstène fixé a un bouchon de liège estimer la température de la flamme.
Ecrire la réaction de combustion en tenant compte que le gaz est en majoritairement du
méthane. Proposer des réactions en fonction du rapport entre l air et le gaz dans la flamme.
Résultat,observation discutions :
En variant l’arrivé d’aire on peut obtenir troi flammes :
1) avec l’arrivée d’air fermer la flamme est jaune et bouge avec le mouvement de l’aire
2) avec l’arrivée d’air à demi-ouvert la flamme est plus courte, violet et ne bouge plus
avec la variation de l’aire.
3) avec l’arrivée d’air ouvert la flamme est encore plus courte, bleu. On vois nettement
troi zone qu’on peut tester avec le fil de tungstène. La couleur du fil pour la partit la
plus basse ne change pas. Le gaz n’est pas enflammé. Le fil passe au jaune dans la
couche supérieur de la flamme, c est la couche la plus chaude 1200°C selon le tableau.
Si l’on monte a la dernière couche le fil devient orange 1100°C.
-3-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
En ce qui concerne l’expérience avec le creuset, celui si ne change pas de couleur car il
faudrait une température beaucoup plus élever.
La réaction de combustion détailler dans la flamme de méthane depuis la sortie du gaz
jusqu’en haut de celle-ci :
2 CH4 +O2 _ 2 CO + 4H2
2 H2 + O2 _ 2 H2O
2 CO + O2 _ 2 CO2
La réaction général est CH4 + 2O2 _ CO2 + 2H2O
Si on ajoute de l’oxygène dans la réaction la combustion ne sera que meilleur par contre si
l’oxygène vient à manquer l’oxydation est incomplète :
2 CH4 + 2 O2 _ 3 H2 + CO + H2O + CO2
Le monoxyde de carbone CO est très toxique. Ce gaz se fait quant on allume un feu sans
aération et est a l’origine de nombreux accidents.
La flamme d’une bougie
Méthodologie
(a)Mettre le font d’un bécher sur une flamme et observer.
(b) Renverser un nouveau bécher sur la flamme et observer
(c)Prendre deux erlenmeyer, en renverser un sur une flamme puis ajouter dans les deux 10 ml
oxyde de calcium. Noter les observations
(d)Prendre un fille de cuivre et l’enrouler en spirale. Encercler la flamme de cette spirale et
observer
(e)Eteindre la bougie et allumer la fumée qui remonta de la mèche et observer
Expliquer les observations et écrire les réactions chimiques. Le composer majoritaire de la
cire est l’eicosane C20H42.
Résultat,observation discutions :
2 C20H42 + 61 O2 _ 40 CO2 + 42 H2O
a) On peut voir apparaître une trace noir sur le fon du bécher ce ci est sûrement le CO2
qui se dépose.
b) On voit apparaître de la buée dans le bécher du a la condensation de l’eau sur les
paroi.
c) Nous pouvons remarquer que la solution dans l’erlenmeyer qui a être sur la flamme est
devenu trouble. Le fait d’avoir mit l’erlenmeyer sur la flamme à fait entre du CO2. Si
-4-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
on rajoute la solution de CaO (CaO+H2O _ Ca(OH)2) qui n est rient d’autre que de la
Chaux éteinte il se forme la réaction suivante :
Ca(OH)2 + CO2 _ CaCO3+H2O
Il en résulte la formation de calcaire, c’est ce qui trouble la solution.
d) On remarque que la flamme dans la cage de cuivre s’allonge et se minci. Nous
pensons que ceci est du que le fil de cuivre chauffer forme une cage de chaleur qui
favorise la combustion et l’accélère.
e) Nous pensons que la bougie se rallume car, près de la flamme, quelques particules de
C20H42 sont à l’état gazeux et peuvent donc brûler et rallumer la bougie.
1.3 Formule d’un oxalate de cobalt.
Méthodologie
Teneur en oxalate par un titrage redox.
Pour réussir se titrage il faut préalablement étalonner la solution de KMnO4 qui servira à titrer
l’oxalate de cobalt.
Préparation de la solution de permanganate.
Prépare 250mL de solution de KMnO4 0.2 M en introduisant 0.7894 g de sel. Puis faire
bouillir cette solution et la garder pendant 20 minute >80°C. La laisser refroidir et la filtrer a
travers de la laine de verre.
L’étalonnage de KMnO4 .
Préparent 1L de solution H2SO4 0.5 M. Puis peser précisément 0.12 g d’oxalate de sodium
préalablement sécher à 120°C pendant une heure et rajouter 100mL de solution H2SO4 0.5 M.
Chauffer cette solution a 55°C mais attention a ne pas dépasser les 60°C car l’oxalate se
décompose. Titre avec la solution de KMnO4 et calculer sa concentration. Répéter ce titrage 3
fois. (Le point de virage : couleur passe du rose au violet)
Teneur en acide oxalique
Peser 0.2g d’oxalate de cobalt et rajouter 100ml de H2SO4 0.5 M chauffer à 55°C et titre avec
la solution de KMnO4. Répéter le titrage 3 fois. Calculer la fraction massique d’acide oxalique
dans l’échantillon. (Le point de virage : couleur passe du rose au violet)
Résultat
L’étalonnage de KMnO4
-5-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
Numéro
d'expérience
Masse
Na 2 C2O 4 (g)
1
2
3
0.1349
0.1250
0.1200
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
Volume KMnO 4 Concentration
KMnO 4 (mol/L)
(L)
0.0163
0.0152
0.0148
Moyenne
Écart type
CV
erreur
0.0247
0.0245
0.0242
0.0245
0.0003
0.0105
1.0477
Si l’on calcule la concentration théorique on trouve 0.01998M. Nous somme donc satisfait de
notre résultat.
Nous calculons la concentration expérimental suivant la formule :
mNa 2C 2O 4
2
cKMnO4 = ∗
5 VKMnO4 ∗ M Na 2C 2O 4
Teneur en acide oxalique
Numéro
Masse oxalate Concentration
d'expérience de cobalt ( g) KMnO 4 (mol/L)
1
2
3
0.1927
0.2019
0.2145
0.0245
0.0245
0.0245
Volume KMnO 4
(L)
0.0172
0.0175
0.0189
Moyenne
Écart type
CV
erreur
Fraction
massique acide
oxalique
0.4917
0.4775
0.4854
0.4849
0.0071
0.0147
1.4695
La formule du calcul de la fraction massique de l’oxalate est la suivante :
y H 2C 2O 4 =
5 cKMnO 4 * VKMnO 4 * M H 2C 2O 4
*
2
mtot
La fraction massique moyenne est de 0.4849 ± 0.015. Donc 48% de la masse du sel est de
l’oxalate.
La fraction massique en moles nous donne : 0.0054
Teneur du cobalt par titrage EDTA
Nous avons d’abord testé la procédure avec du chlorure de cobalt de formule connue afin
d’assimiler la méthode qui servira à titrer le cobalt dans l’oxalate de cobalt de formule
inconnue.
-6-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
Titrage du chlorure de cobalt
Préparation de la solution de chlorure de cobalt
Peser env. 240 mg de CoCl2 hexahydraté dans un ballon jaugé 100 mL. Afin d’avoir un
milieu acide nécessaire à la réaction, acidifier en ajoutant environ 10 mL de HCl 4 M et 20
mL d’eau. Dissoudre complètement et compléter au trait.
Pipeter 10 mL de la solution de chlorure de cobalt dans un grand bécher. Ajouter 100 mL
d’eau et une pointe de spatule de l’indicateur murexide. Agiter. La solution devient violette.
Ajouter env. 4 mL d’ammoniac 4 M, jusqu’à ce que la solution devienne jaune-orangé. Le pH
devrait être d’environ 9-10. Titrer avec la solution d’EDTA env. 0.005 M préparée dans une
autre expérience, jusquâu virage du jaune au violet. Répéter 3 fois et comparer la
concentration mesurée et celle théorique.
Titrage du cobalt dans l’oxalate
Peser exactement env. 200 mg d’oxalate de cobalt, tranférer dans un Erlenmeyer 250 mL.
Ajouter 20 mL d’eau et 20 mL d’ammoniac 4 M. Agiter pendant 5 min. La solution devient
rose. Ajouter lentement 40 mL de HCl 4 M jusqu’à ce que la solution devienne jaune et
transparente. Transvaser dans un ballon jaugé 100 mL et compléter au trait.
Titrer 10 mL de cette solution avec l’EDTA en répétant la procédure pour le test avec le
chlorure de cobalt. Répéter deux fois le titrage et calculer la fraction massique du cobalt dans
le sel.
Résultats
Titrage du chlorure de cobalt
Pour trouver la concentration en cobalt, on utilise la formule suivante :
cCo =
VEDTA * cEDTA
VCo
Numéro
d'expérience
Concentration
EDTA (mol/L)
Volume
EDTA (L)
Volume Co (L)
Concentration de
Co (mol/L)
1
2
0.0052
0.0052
0.0170
0.0166
0.0100
0.0100
Moyenne
Écart type
CV
erreur
0.0088
0.0086
0.0087
0.0001
0.0168
1.6836
Titrage du cobalt dans l’oxalate
-7-
Groupe 9
: Décomposition thermique
Luca MAILLARD
[email protected]
Numéro Concentration
d'expérience EDTA (mol/L)
1
0.00518
2
0.00518
3
0.00518
TP 8
12 Novembre 2007
Quentin VEROLET
[email protected]
Volume
EDTA (L)
Volume oxalate de
cobalt (L)
0.02210
0.02200
0.02210
0.01000
0.01000
0.01000
Moyenne
Écart type
CV
erreur
Formule :
yCo =
Concentration de
l'oxalate de cobalt
(mol/L)
0.01145
0.01140
0.01145
0.01142
0.00004
0.00321
0.32068
fraction massique
Co
0.33229
0.33078
0.33229
0.33154
cCo * Vtot * M Co
mtot
La fraction massique moyenne est de 0.3315 ± 0.015. Ce qui nous donne en moles : 0.0056
Nous remarquons que 33 % de la masse de l’oxalate de cobalt est du cobalt.
Détermination du rapport molaire
Les deux concentrations (oxalate et cobalt) étant connues, nous pouvons calculer leurs
fractions massiques respectives et en tirer le rapport molaire.
Il se calcul en prenant les fraction massiques calculées en moles et selon la formule :
Rapport molaire = yCo / yoxalate = 1.043
Le rapport molaire est donc de 1 : 1.
Nous savons que l’oxalate de cobalt
Discution
-8-