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Les scientifiques tentent de déterminer l’identité de l’élément X dans un composé de formule chimique X2CO3. Ils combinent 1,19 grammes de carbonate non identifié avec de l’eau pour produire une solution de 250,0 centimètres cubes. Ils mettent 25,00 centimètres cubes de cette solution dans une fiole conique. Ils titrent ensuite la solution dans cette fiole conique avec de l’acide chlorhydrique 0,1 molaire. Le tableau suivant montre le résultat de leur expérience de titrage. Quelle est l’identité la plus probable de l’élément non identifié dans le composé de formule chimique X2CO3 ?
La masse molaire du sodium est de 23 grammes par mole. Celle du lithium est de sept grammes par mole. Celle du potassium est de 39 grammes par mole. Celle du magnésium est de 24 grammes par mole. Celle de l’aluminium est de 27 grammes par mole. Celle du carbone est de 12 grammes par mole. Celle de l’oxygène est de 16 grammes par mole. (A) lithium, (B) potassium, (C) sodium, (D) magnésium, (E) aluminium.
Dans cette question, nous devons déterminer le nom de l’élément X non identifié dans le composé dont la formule chimique est X2CO3. On nous dit qu’une expérience de titrage est effectuée en ajoutant une solution d’acide chlorhydrique à une solution aqueuse du composé carbonate. Avant de commencer notre résolution du problème, libérons un peu d’espace pour travailler.
Le type de titrage effectué par les scientifiques est un titrage acide-base. Dans un titrage acide-base, une réaction de neutralisation est utilisée pour aider à déterminer la quantité ou la concentration d’une substance. Dans ce problème, une base carbonate réagit avec de l’acide chlorhydrique. Lorsqu’un carbonate de métal réagit avec un acide, il se forme un sel, du dioxyde de carbone et de l’eau. Étant donné que la charge d’un anion carbonate est de deux moins, la charge de chaque ion X dans le composé carbonate neutre doit être de un plus. Par conséquent, les ions X vont se combiner avec les ions chlorure dans un rapport de un pour un pour former le sel. Par conséquent, pour équilibrer l’équation chimique, nous devrons utiliser un coefficient de deux devant l’acide et le sel.
Au départ, 1,19 grammes du composé carbonate est dissous dans l’eau pour former 250,0 centimètres cubes de solution. Les scientifiques prélèvent seulement 25,00 centimètres cubes de la solution et les placent dans une fiole conique. Alors, quelle quantité de composé carbonate contient cette solution de plus petit volume ? En établissant une proportion, nous pouvons voir que si le volume de la solution diminue d’un facteur 10, alors la masse du composé dissous diminue également d’un facteur 10. Il n’y a donc que 0,119 gramme de composé carbonate dans la fiole conique. Étant donné que nous savons que les scientifiques vont ajouter de l’acide chlorhydrique dans la fiole conique, alors seulement 0,119 gramme de composé carbonate va réagir. Nous savons que la concentration de la solution d’acide chlorhydrique est de 0,1 molaire, ou 0,1 mole par litre.
Dans le tableau de données, nous pouvons voir que dans deux essais de titrage, 22,40 centimètres cubes d’acide chlorhydrique ont été nécessaires pour neutraliser toute la base dans la fiole conique. Il est important de se rappeler qu’un centimètre cube équivaut à un millilitre. Donc maintenant, nous savons que le volume de l’acide utilisé dans l’expérience est de 22,40 millilitres. Cependant, comme la concentration molaire est exprimée en moles par litre, convertissons le volume de l’acide de millilitres en litres. Pour effectuer la conversion, nous devons diviser par 1 000, ce qui nous donne 0,02240 litre.
Maintenant, libérons un peu d’espace pour commencer à effectuer nos calculs. Tout d’abord, déterminons le nombre de moles d’acide qui a réagi en utilisant l’équation suivante. Nous devons multiplier la concentration de l’acide, qui est de 0,1 mole par litre, par le volume de l’acide, qui est de 0,02240 litre. Le résultat est 0,00224 mole d’acide. Maintenant, nous devons convertir les moles d’acide en moles de base en utilisant le rapport molaire de l’équation équilibrée. Nous pouvons voir à partir de l’équation qu’une mole du composé carbonate réagit avec deux moles d’acide chlorhydrique. Par conséquent, nous devons diviser le nombre de moles d’acide par deux.
Maintenant, nous pouvons utiliser le nombre de moles de base et la masse de la base pour déterminer sa masse molaire. Utilisons l’équation suivante. Nous devons diviser la masse de la base, qui est de 0,119 gramme, par le nombre de moles de base, qui est de 0,00112 mole. Nous obtenons 106,25 grammes par mole. Nous pouvons mettre en place une équation pour trouver la masse molaire de X seulement. Ramenons à l’écran les masses molaires qui nous sont données dans le problème. Après avoir substitué les valeurs des masses molaires du carbone et de l’oxygène, nous obtenons l’équation suivante. Après avoir réarrangé et simplifié l’équation, nous pouvons maintenant résoudre X. Nous déterminons que la masse molaire de X est de 23,125 grammes par mole. Nous pouvons voir que l’élément qui possède une masse molaire la plus proche de la valeur que nous avons calculée est le sodium.
En conclusion, l’identité la plus probable de l’élément X dans le composé X2CO3 est le sodium, soit le choix de réponse (C).
