Contenu principal
Cours : Chimie en secondaire > Chapitre 5
Leçon 2: Nombre d'Avogadro et mole- La mole et le nombre d'Avogadro
- Application : Calcul de la masse molaire et du nombre de moles
- Moles et masse
- Concentration molaire ou molarité
- Concentration molaire ou molarité
- Calculs de concentration
- Stœchiométrie et bilan de matière
- Application : Calcul de masses de réactifs et de produits
- Bilan de matière d'une réaction totale
Stœchiométrie et bilan de matière
Introduction
Une équation chimique équilibrée donne les mêmes informations qu'une recette de cookies au chocolat. On y trouve les réactifs (les ingrédients), qui se combinent pour former les produits (les cookies). Grâce aux coefficients stœchiométriques, la réaction nous indique aussi dans quelles proportions combiner les réactifs pour obtenir une certaine quantité de produits (comme la recette qui nous indique combien d'œufs utiliser pour une fournée de cookies).
Ces proportions sont la stœchiométrie de la réaction. Ce mot vient du grec ancien stoicheion ("élément") et metron ("mesure"). Dans cet article, nous allons voir comment utiliser la stœchiométrie d'une équation équilibrée pour déterminer les quantités de réactifs consommées, et de produits formés, lors d'une réaction chimique.
Équations équilibrées et fractions molaires
On peut traduire la stœchiométrie d'une réaction en termes de fraction molaire : c'est le rapport entre le nombre de moles de deux substances pour la réaction chimique considérée. Ce rapport s'écrit en utilisant les coefficients de ces deux substances dans l'équation chimique équilibrée. Par exemple, si on étudie la réaction entre l'oxyde de fer (III) et l'aluminium solide :
D'après les coefficients de cette équation, mole de réagit avec moles d' , ce qui produit moles de et mole d' . Une façon d'écrire la relation entre et est d'utiliser ce ratio :
En utilisant ce ratio, on peut calculer le nombre de moles d' qu'il faut pour faire réagir complètement une certaine quantité de , et vice-versa. En général, les ratios molaires permettent de faire correspondre les quantités de deux substances intervenant dans une réaction chimique, que ces substances soient des réactifs ou des produits. Voyons ce que ça donne dans l'exemple suivant, où on travaille uniquement sur les réactifs.
Exemple : Utiliser un rapport molaire pour calculer la masse d'un réactif
Soit l'équation suivante, non équilibrée :
Quelle masse (en grammes) de faut-il pour consommer complètement grammes de ?
Avant toute chose : il faut équilibrer cette équation ! On compte, du côté des réactifs, atome de , mais il y en a du côté des produits. Commençons par indiquer un devant . Les sont équilibrés, comptons alors les : il y en a désormais dans les réactifs, mais seulement dans les produits. On résout cela en plaçant un devant . Vérifions enfin qu'il y a le même nombre de de chaque côté : c'est bien le cas, il y en a dans les réactifs ( dans les , et dans le ), et aussi dans les produits. On obtient alors l'équation équilibrée :
Maintenant que cette équation est équilibrée, attaquons-nous au problème. Il faut déterminer la masse de nécessaire pour consommer complètement grammes de . Procédons par étapes :
Étape 1 : Passer de la masse de réactif donnée au nombre de moles
Puisque le lien entre la quantité de et celle de est donné en moles (dans l'équation équilibrée), on utilisera le ratio molaire. Pour cela, on a besoin de la quantité de en moles, et non en grammes. Pour convertir ces grammes de en moles, on utilise la masse molaire du (qui vaut ) :
Étape 2 : Utiliser le ratio molaire pour trouver le nombre de moles de l'autre réactif
Maintenant que nous connaissons la quantité de exprimée en nombre de moles, passons des moles de aux moles de grâce au ratio molaire. D'après l'équation équilibrée, il faut moles de pour chaque mole de . Le ratio molaire est donc :
On obtient le nombre de moles de , notre inconnue, en multipliant le nombre de moles de par ce ratio molaire :
En gardant les unités dans ce processus, on sait dans quel sens écrire le ratio molaire : il faut que les moles de s'éliminent pour qu'à la fin il ne reste que des moles de . Cette méthode est basée sur l'analyse dimensionnelle (pour en savoir plus, il y a cette vidéo sur l'analyse dimensionnelle).
Étape 3 : Passer du nombre de moles de l'autre réactif à sa masse
Ce qui est demandé, c'est la masse de en grammes, donc il faut encore convertir ces moles de en grammes. À nouveau, on utilisera la masse molaire, mais cette fois la masse molaire de (qui vaut ) :
Finalement, il faut de pour consommer complètement grammes de par cette réaction.
Remarque : On peut rassembler ces 3 étapes en une seule relation, comme illustré ci-dessous :
Attention : avec cette méthode, il faut être très rigoureux avec les unités !
À retenir
Grâce à l'équation chimique équilibrée, on connaît le rapport numérique entre les quantités de moles de chacune des substances impliquées dans la réaction. On peut ainsi écrire les ratios molaires, ce qui nous permet de déterminer des quantités de certaines substances en fonction des données. C'est cela, résoudre un problème de stœchiométrie !
Pour aller plus loin et résoudre des problèmes de stœchiométrie dans des réactions non complètes, voici la suite, sur les réactifs limitants et le rendement de réaction!
Vous souhaitez rejoindre la discussion ?
- Bonjour,
Dans mon cours on me demande de déduire la proportion naturelle (en %) de chaque isotope.
Qu'est-ce que la proportion naturelle et comment suis-je censé résoudre ce problème ?
Merci(2 votes)- Bonjour,
Pour résoudre ce problème, tu dois disposer de données. Par exemple, on peut te donner la répartition molaire des isotopes, et te demander de calculer la répartition massique.
Dans ce cas, tu utiliseras les masses molaires des différents isotopes pour passer de l'une à l'autre.
Essaye de le faire avec ces données :
Dans la nature, sur 100 atomes de chlore, 76 sont des atomes de chlore 35, et 24 seul de chlore 37. Les autres isotopes de Cl sont présents en trop faible quantité pour être pris en compte.
Quel est le pourcentage massique de chlore 35 ?(3 votes)
- Quel est la masse meleculaire de Ag(1 vote)
- Ag, l'argent n'est pas une molécule mais un atome, il faut donc regarder dans le tableau périodique des éléments (=des atomes)(2 votes)
- commment caluculer la masse minimale de HCl 0,01mol(0 vote)
- La question n'a pas de sens. Masse minimale dans quelles conditions?(2 votes)
- Calculer le volume d'un réactif(0 vote)
- On part de quelles données concernant ce réactif? La masse?(2 votes)