Remplir un ballon de verre

Remplir un ballon de verre avec un gaz

Remplir un ballon de verre avec un gaz
Mise à jour novembre 2021

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d’un gaz en vue de son utilisation ultérieure est une pratique courante au laboratoire. Les techniques employées diffèrent selon la nature du gaz. Deux
paramètres importants sont à prendre en considération : la densité
du gaz par rapport à l’air et sa solubilité dans l’eau. Plusieurs
montages sont proposés selon la nature de ces paramètres.
a récupération

La source de gaz est prête ; générateur ou récipient
contenant le gaz sous pression. Consulter l’article « Les
gaz en récipients sous pression : caractéristiques et utilisation ». Tout d’abord, s’assurer que le matériel que l’on
va utiliser est propre et sec. Ensuite, il faut se poser les
bonnes questions :
♦ Le gaz est-il ou n’est-il pas soluble dans l’eau ?
♦ Le gaz est-il plus ou moins dense que l’air ?
♦ Comment s’assurer que le gaz a chassé tout l’air présent dans le ballon ?
Le gaz n’est pas soluble dans l’eau
Lorsque le gaz n’est pas (ou très peu) soluble dans l’eau, on peut le recueillir sur
une cuve à eau en déplaçant l’eau contenue dans le ballon (par exemple : le dioxygène).
Ce dispositif ne convient pas lorsque l’on souhaite obtenir un gaz sec et ne peut être
utilisé avec un gaz soluble dans l’eau.
Le gaz est soluble dans l’eau ; le gaz doit être sec
Lorsque le gaz est soluble dans l’eau ou lorsque le gaz utilisé doit être sec : on va
chasser l’air contenu dans un ballon de verre propre et sec.
1. LE MONTAGE
Un bouchon en caoutchouc à deux trous
sur lequel on a placé deux tubes coudés, un long
et un court. Le générateur de gaz est toujours
relié au tube le plus long. Pour les gaz moins
denses que l’air, amener le gaz au sommet du
ballon, l’air est évacué par le bas. Pour les gaz
plus denses que l’air, amener le gaz au fond du
ballon, l’air est évacué par le haut.

Figure 1 - Montage pour remplissage
avec des gaz.

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1.1. Comment savoir si le gaz est plus ou moins dense que l’air ?
Tout simplement en comparant sa masse volumique à celle de l’air dans les mêmes
conditions de température et de pression. Dans les CNTP (Conditions normales de
température et de pression, soit 25 °C sous une atmosphère), une mole de gaz occupe
22,4 L, quelle que soit sa nature. Sa masse volumique en g $ L– 1 dans les CNTP est
égale au quotient de sa masse molaire par 22,4 L.
Si l’on considère que l’air est composé de 20 % de O 2 et 80 % de N 2 , sa
masse volumique dans les CNTP est égale à 1, 286 g $ L– 1 , valeur souvent arrondie à
1, 29 g $ L– 1 .
♦ Cas de l’ammoniac (NH 3) :
M = 17 g $ mol – 1 , masse volumique dans les CNTP = 0, 759 g $ L– 1 . L’ammoniac est
donc moins dense que l’air.
♦ Cas de chlorure d’hydrogène (HC,) :
M = 36, 5 g $ mol – 1 , masse volumique dans les CNTP = 1, 63 g $ L– 1 . Le chlorure
d’hydrogène est plus dense que l’air.
1.2. Comment savoir si tout l’air a été chassé du ballon ?
1.2.1. Le gaz est très soluble dans l’eau
Il suffit de placer un tube de verre légèrement effilé (pipette) au tuyau de sortie du
dispositif (respiration du montage) et de la plonger dans un petit erlenmeyer contenant
de l’eau. Lorsque l’on observe plus de dégagement gazeux ou lorsque celui-ci devient
négligeable, on peut considérer que tout l’air a été chassé, par exemple :
HC, ; NH 3 .

Figure 2

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1.2.2. Le gaz est très soluble dans une solution particulière :
Placer cette solution dans l’erlenmeyer et procéder comme indiqué précédemment. Par exemple : utiliser une solution de soude (1 mol $ L– 1) avec le C, 2 ou avec
SO 2 et même CO 2 . Une solution de KMnO 4 ne permettrait pas de contrôler le
dégagement gazeux.
1.2.3. Gaz tel que N2, O2 ou H2
Pour un gaz tel que N 2 , O 2 ou H 2 , avec ce montage, il n’est pas possible de savoir
si tout l’air a été chassé du ballon.

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Remplir un ballon de verre avec un gaz

Protocole
♦ Le montage est constitué – si l’on utilise un récipient de gaz sous pression il est possible d’utiliser le dégagement gazeux dans l’erlenmeyer pour régler le débit du gaz.`
♦ Dans tous les cas, on observe un dégagement gazeux dans l’erlenmeyer lorsque l’air
s’échappe.
♦ Lorsque le dégagement gazeux devient négligeable, tout l’air est évacué, le ballon
est rempli de gaz.
♦ Enlever le tube de verre effilé (pipette) de l’erlenmeyer. Cette opération est indispensable si l’on veut éviter un retour d’eau (suck back) dans le ballon de gaz.
♦ Si l’on utilise un récipient de gaz sous pression, arrêter le débit gazeux.
♦ Remplacer le bouchon à deux trous par un bouchon plein ou par le dispositif prévu
(expérience du jet d’eau par exemple).

Annexe
Exercice pour vos élèves
Dans cette expérience, on désire remplir un ballon de verre avec du chlorure
d’hydrogène sec afin de réaliser l’expérience du jet d’eau.

Compléter le schéma ci-dessus
♦ Quels réactifs utiliser et où les place-t-on ?
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♦ À quel dispositif va-t-on relier le générateur de gaz ? Justifier votre réponse.
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