Selon la loi des gaz parfaits pour une pression, une température et un volume donnés, le nombre de moles de gaz dans ce volume est toujours le même. Dans cet exercice, vous allez utiliser cette relation pour calculer la masse molaire d’un liquide inconnu. Vous plongerez un tube Dumas contenant le liquide inconnu dans de l’eau bouillante pour vaporiser le solvant. Après avoir attendu quelques minutes que la vapeur s’équilibre avec son environnement, vous laisserez la vapeur se condenser puis mesurerez la masse du liquide dans le tube. La masse molaire ne change pas avec la phase, de sorte que la masse du liquide condensé est la même que la masse de la vapeur.
Les liquides inconnus sont volatils, toxiques et peuvent être inflammables, vous travaillerez donc dans une hotte. Votre instructeur distribuera pour vous l’inconnu qui vous a été attribué dans votre tube Dumas. Gardez toujours le tube de Dumas pointé loin de vous et des autres. Cette section du laboratoire utilise un bec Bunsen pour faire bouillir l’eau. Prenez soin de garder vos manches, vos cheveux et le liquide inconnu à l’écart de la flamme et soyez prudent lorsque vous travaillez autour de liquides chauds, de verre et de métal.
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Avant de commencer le laboratoire, enfilez une blouse de laboratoire, des lunettes de sécurité et deux paires de gants en nitrile. note: L’acétone et les liquides inconnus imprègnent rapidement les gants en nitrile, alors procurez-vous de nouveaux gants si vous touchez l’un de ces liquides. Laissez sécher les vieux gants dans la capuche avant de les jeter.
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Connectez une extrémité d’un morceau de tube en latex à l’entrée barbelée d’un bec Bunsen. Connectez l’autre extrémité du tube au jet de gaz de votre hotte. Vérifiez que le collier à la base du bec Bunsen est fermé.
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Avec le bec Bunsen sur la base du support de laboratoire, installez un anneau sur le support de laboratoire au-dessus du bec Bunsen et ajustez les anneaux de manière à ce qu’il soit centré à 2 pouces au-dessus de la flamme. Serrez la pince pour fixer l’anneau en position. Placez un carré de gaze métallique sur l’anneau pour faire une plate-forme.
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Ensuite, fixez un Erlenmeyer de 500 ml sur la plate-forme à l’aide d’une pince à 3 griffes. Fixez une pince de thermomètre au-dessus de la pince à trois broches et tournez-la en direction de la fiole.
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Une fois les pinces en place, retirez l’Erlenmeyer. Placez plusieurs copeaux bouillants dans le ballon et remplissez-le jusqu’à 500 ml d’eau déminéralisée.
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Remplissez un bécher de 400 ml avec de l’eau déminéralisée. Remettez le ballon rempli en place sur la plate-forme métallique.
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Obtenez plusieurs serviettes en papier. Déchirez une serviette en papier en lanières d’environ la longueur du col allongé du tube Dumas. note: Écartez les serviettes en papier avant d’allumer le bec Bunsen.
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Assurez-vous que votre percuteur de feu est à portée de main. Ensuite, ouvrez le jet de gaz, tenez l’extrémité de frappe près du haut du bec Bunsen et appuyez rapidement sur la poignée mobile pour produire une étincelle qui enflammera le gaz.
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Une fois que vous avez allumé la flamme, tournez le collier à la base du canon pour augmenter le flux d’air, ce qui rendra la flamme plus chaude. Tournez le robinet de gaz pour augmenter la hauteur de la flamme à environ 4 à 6 pouces. note: Un élève doit rester au poste de travail pendant l’utilisation du bec Bunsen.
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Placez le tube Dumas dans un bécher propre de 100 ml et amenez-le à une balance analytique.
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Tare le bécher en plastique de 250 ml. Utilisez une lingette de laboratoire pour éliminer les traces de poussière et d’huile de toute la surface du tube.
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Tenez le tube propre dans une lingette de laboratoire fraîche et transférez-le soigneusement dans le bécher en plastique. Notez la masse du tube Dumas vide dans votre cahier de laboratoire.
Tableau 1 : Masse molaire d’un liquide inconnu
| Essai | Masse Tube de Dumas + Inconnu | Massevide Tube de Dumas | Masseinconnue |
| 1 | | | |
| 2 | | | |
| 3 | | | |
| 4 | | | |
| Masse moyenneinconnue | |
| écart type | |
| Pression (hPa) | |
| Température (ºC) | |
| Température (K) | |
| Tube massiquerempli d’eau (g) | |
| Masse d’eau (g) | |
| Densitéde l’eau (g/cm3) | 1 |
| Volume degaz (cm3) | |
| Molesgaz (n) | |
| Masse molaireinconnue (g/mol) | |
| Pourcentage d’erreur ( %) | |
| R théorique (hPa·cm3/mol·K) | 8.314 × 104 |
| R calculé (hPa·cm3/mol·K) | |
| Différence entre le R théorique et le R calculé | |
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Utilisez une lingette de laboratoire pour transférer le tube dans votre bécher de 100 ml.
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Lorsque votre instructeur vous appelle, apportez le tube Dumas dans le bécher jusqu’à la hotte de distribution désignée où votre instructeur ajoutera un petit volume d’inconnu dans le tube.
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Enveloppez le col du tube Dumas avec des serviettes en papier pour aider à maintenir une température constante.
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Une fois que l’eau de l’erlenmeyer bout, fixez le tube Dumas dans la pince du thermomètre. Tournez délicatement la pince de manière à ce que le tube soit aligné avec le col de l’Erlenmeyer et abaissez lentement la pince jusqu’à ce que le corps du tube Dumas soit complètement immergé dans l’eau bouillante. note: Ne touchez pas la fiole.
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Une fois le tube Dumas en position, fixez la pince du thermomètre en place et notez l’heure.
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Maintenant, attendez que votre liquide inconnu se vaporise, ce qui devrait prendre 3 à 5 minutes. note: Faites le plein d’eau dans la gourde chaque fois que le niveau de l’eau baisse.
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Une fois que vous ne voyez plus de liquide dans le tube, notez l'heure et attendez encore 3 minutes pour laisser la température et la pression de la vapeur s'équilibrer avec son environnement.
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Soulevez la pince du thermomètre pour soulever le tube Dumas de l’eau bouillante. Tournez la pince pour l’éloigner du ballon afin que le tube puisse refroidir à l’air ambiant.
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Après 2 à 3 minutes, séchez soigneusement l’extérieur du tube avec du papier absorbant. note: Les gouttes d’eau peuvent être encore chaudes.
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Attendez que le tube refroidisse à température ambiante pour que la vapeur se condense complètement. Une fois refroidi, retirez le tube de la pince et séchez toute trace d’eau restante sur le tube avant de le placer dans le bécher de 100 ml. note: L’eau résiduelle ajoutera de la masse.
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Portez le bécher jusqu’à une balance et nettoyez l’extérieur du tube avec une lingette de laboratoire. Mesurez la masse. Enregistrez-le dans votre cahier de laboratoire en tant que masse post-essai.
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Effectuez trois autres essais de la même manière. Pour trouver la masse de l’inconnu restant après chaque essai, soustrayez la masse du tube de Dumas vide de chaque masse après l’essai.
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Lorsque vous aurez terminé la 4ème épreuve, coupez le gaz pour éteindre le bec Bunsen. Attendez 5 minutes avant de démonter l’anneau, la gaze et le bec Bunsen du support d’anneau.