Analyse Élémentaire [PDF]

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Calcul de formule 1° Si on connaît la masse molaire M, et les pourcentages pondéraux (en masses) de chaque élément, on en tire aisément les coefficients de chaque élément x, y, z,représentant le nombre d'atome de l'espèce considérée dans une molécule. S'il y a x atomes de carbone dans une molécule donnée le pourcentage en masse de carbone( noté %C) dans cette molécules est %C/100 = 12x /M soit x = %C.M / 100.12 ou, pour le carbone le produit du pourcentage par la masse molaire, divisé par cent est égal à la masse de l'élément dans une mole: masse de C par mole = %C.M / 100. Cette masse divisée par la masse molaire de l'élément donne le nombre x d'atome dans la molécule. 2° Le dosage de l'élément est donné par les résultats de la réaction de l'analyse élémentaire. Soit le réaction de combustion complète, réalisée en présence d'un excès d'oxygène dans un tube clos. L'eau et le CO2 formés sont fixés dans des filtres spécifiques, préalablement tarés, et pesés après la combustion. La différence de masse mesurée donne respectivement le poids de l'eau et du dioxyde de carbone produits par la combustion du composé. Si m grammes d'échantillon inconnu donnent p grammes de CO2 et q grammes d'eau. Réaction CxHyOz + masses Nb moles

excès de O2

m m/ M

+ y/2 xCO2 H2O p q p/44

q/18

On établit une équation à partir de la conservation de la matière, élément par élément, dans une réaction totale Nombre de mole de C dans l'inconnu x .m/M soit x fois le nombre de mole m/M d'inconnu. Nombre de mole de C dans CO2 =1.p/44 D'où l'équation de conservation du carbone x .m/M = 1 .p/44 et x = 1 .p.M / 44.m De même pour H on aura y = 2.qM / 18.m Des variantes sont possibles, la méthode étant simple il est plus fiable de mémoriser le principe du calcul que les formules.

Exercice : Pour effectuer l'analyse centésimale élémentaire d'un composé organique de formule brute CxHyOz de masse molaire moléculaire M=46 g.mol-1, on prélève un échantillon de 230 mg. On le chauffe en présence d'un excès d'oxyde de cuivre de formule CuO. Dans ces conditions, on obtient du dioxyde de carbone, de l'eau et du cuivre métallique. Une fois la transformation chimique terminée, on a obtenu 440 mg de dioxyde de carbone et 270 mg d'eau.

1. Ecrire l'équation de la réaction modélisant cette transformation chimique. 2. Quelle quantité de matière du composé organique contenait l'échantillon utilisé ? 3. Exprimer en fonction de x la quantité de matière de dioxyde de carbone et en fonction de y la quantité de matière d'eau produite au cours de la transformation chimique. 4. En déduire les valeurs de x, y et z ainsi que la formule brute. Corrigé Pour commencer, on détermine les quantités de matière de dioxyde de carbone et d'eau formés au cours de la transformation chimique. Soit n(CO2) la quantité de matière de dioxyde de carbone, m(CO2) la masse de dioxyde de carbone et M(CO2) la masse molaire moléculaire du dioxyde de carbone, n(CO2) = m(CO2) / M(CO2) n(CO2) = 0,440 / (12,0 + 2 * 16,0) n(CO2) = 1.10-2 mol Soit n(H2O) la quantité de matière d'eau, m(H2O) la masse d'eau et M(H2O) la masse molaire moléculaire de l'eau, n(H2O) = m(H2O) / M(H2O) n(H2O) = 0,270 / (2 * 1,0 + 16,0) n(H2O) = 1,5.10-2 mol En utilisant les résultats de la troisième question, on obtient : 5.10-3 x = 1.10-2 x = 1.10-2 / 5.10-3 x=2

2,5.10-3 y = 1,5.10-2 y = 1,5.10-2 / 2,5.10-3 y=6

Il reste encore à déterminer la valeur de z. Soit M la masse molaire moléculaire du composé organique, MC la masse molaire atomique du carbone, MH la masse molaire atomique de l'hydrogène et MO la masse molaire atomique de l'oxygène, M = x MC + y MH + z MO z = (M - x MC - y MH) / MO z = (46,0 - 2 * 12,0 - 6 * 1,0) / 16,0 z=1 La formule brute du composé chimique étudié est donc C2H6O.