Problématique
Le tartre est un dépôt solide de carbonate de calcium CaCO3 qui se retrouve dans les appareils utilisant de l'eau. Lorsqu'une bouilloire, une machine à laver ou un chauffe-eau est entartré, ses performances sont réduites. Ainsi, il est important de détartrer ces appareils régulièrement avec du vinaigre blanc par exemple.
Quelle quantité minimale de vinaigre blanc doit-on utiliser pour détartrer complètement le fond d'une bouilloire ?
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Document 1
Le tartre est un dépôt solide de calcaire sous la forme de carbonate de calcium CaCO3. Pour l'éliminer, il faut transformer cette espèce solide en espèces solubles dans l'eau. Cela peut se faire par une réaction acido-basique entre un acide et le carbonate de calcium. Le vinaigre ménager (ou vinaigre blanc, cristal ou d'alcool) contient de l'acide éthanoïque, CH3COOH.
Lors de la réaction entre le carbonate de calcium et un acide, on fait le constat suivant :
un dégagement gazeux qui trouble l'eau de chaux ;
la quantité d'eau dans le système augmente ;
il se produit des ions calcium Ca2+ et des ions éthanoate CH3COO−.
Ainsi, le carbonate de calcium solide s'est transformé en produits solubles dans l'eau ou gazeux.
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Document 2 : astuce de Grand-mère !
Internet regorge de trucs et astuces pour le détartrage d'une bouilloire mais peu de sites s'accordent sur les quantités à utiliser. Certains recommandent de mettre un verre d'eau de vinaigre blanc, soit environ 200 mL, d'autres conseillent de mettre la moitié de la bouteille d'un litre et d'autres encore proposent de mettre toute la bouteille.
On dispose au laboratoire d'un vinaigre avec la mention « 12 ° d'acidité » ce qui signifie qu'il y a 12 g d'acide éthanoïque pour 100 mL de vinaigre.
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Document 3 : résultats d'expériences
Les trois quantités citées ont été testées sur 60 g de carbonate de calcium. Voici les résultats obtenus :
avec 200 mL de vinaigre, il reste un important dépôt solide ;
avec la moitié de la bouteille de vinaigre, il reste un dépôt solide ;
avec la bouteille entière, il n'y a plus aucun solide présent au fond de la bouilloire.
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Méthode : calcul d'une masse molaire notée « M »
Définition : la masse molaire notée « M » d'une entité (atome, ion, molécule) chimique est la masse correspondante à un nombre donné d'entités, soit 6,02 . 1023 entités.
Déterminer la masse molaire M(CaCO3) du carbonate de calcium de formule chimique CaCO3 en utilisant les masses des atomes qui constituent ce composé.
Déterminer la masse molaire M(CH3COOH) de l'acide éthanoïque CH3COOH.
Masse de différents atomes :
m(H) = 1,67 . 10 -27 kg
m(C) = 2,0 . 10 -26 kg
m(O) = 2,66 . 10-26 kg
m(Ca) = 6,64 . 10-26 kg
Méthode : calcul d'une quantité de matière notée « n »
La quantité de matière est une grandeur dont l'unité est la mole (symbole « mol »).
On obtient la quantité de matière « n » contenue dans un échantillon en effectuant le rapport entre masse « m » d'espèces chimiques contenues de cet échantillon et la masse molaire de l'espèce chimique.
\(n= \frac{m}{M}\)
n : en mol
m : en g
M : en g / mol
3. Déterminer la quantité de matière contenue dans 60 g de carbonate de calcium.
4. A) Quelles sont les espèces chimiques présentes initialement et à la fin de la transformation chimique lors que l'on fait réagir le vinaigre sur le tartre ?
4. B) Identifier les réactifs, les produits et les espèces chimiques spectatrices dans cette transformation chimique.
5. Ecrire l'équation de la réaction sans oublier qu'il doit y avoir conservation des éléments chimiques en ajustant les coefficients stoechiométriques si nécessaire :
réactifs = produits
6. Quel est le réactif limitant quand la bouilloire est complètement détartrée ? Justifier votre réponse.
7. En utilisant l'équation de la réaction, comparer la quantité de matière de vinaigre et de calcaire pour que tout le calcaire réagisse.
8. A partir de votre réponse à la question 3 et de votre réponse précédente, en déduire la quantité de matière d'acide éthanoïque qu'il faut utiliser pour faire réagir les 60g de calcaire.
9. Utiliser le document 2 pour déterminer le volume de vinaigre à 12° pour faire réagir totalement le calcaire.
10. En déduire la « bonne » astuce de Grand-mère !
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