Fiche explicative de la leçon: Masses dans une réaction Chimie • Première secondaire

Exemple 1: Déduire le rapport molaire des réactifs dans une équation de réaction équilibrée

Le méthane se consume dans le dioxygène selon l’équation suivante : 

1. Quel est le rapport molaire entre le méthane et le dioxygène ? 
2. Quel est le rapport molaire entre le méthane et le dioxyde de carbone ? 
3. Quel est le rapport molaire entre l’oxygène et l’eau ? 

Réponse

Ces trois questions visent à déterminer le rapport molaire entre deux substances en utilisant une équation chimique équilibrée. Le rapport molaire correspond au nombre de moles d’une substance par rapport au nombre de moles d’une autre substance impliquée dans la même réaction chimique. Le coefficient stœchiométrique, soit le nombre qui apparaît devant une espèce dans une équation chimique, représente le nombre de moles de cette espèce nécessaire pour obtenir une réaction complète.

Partie 1

Pour déduire le rapport molaire entre le méthane () et le dioxygène (), nous devons identifier le coefficient stœchiométrique placé devant chaque espèce dans l’équation chimique. Le méthane n’a pas de nombre placé devant lui. Par conséquent, son coefficient stœchiométrique est égal à un. Le coefficient stœchiométrique placé devant le dioxygène est égal à deux. Par conséquent, nous pouvons exprimer ces deux valeurs sous forme de rapport, ce qui nous donne la valeur du rapport molaire entre le méthane et le dioxygène, soit .

Partie 2

Nous avons déjà déterminé que le coefficient stœchiométrique du méthane est égal à un. Le dioxyde de carbone () n’a pas de nombre placé devant lui dans l’équation chimique. Par conséquent, son coefficient stœchiométrique est également égal à un. Nous pouvons donc exprimer ces deux valeurs sous forme de rapport, ce qui nous donne la valeur du rapport molaire entre le méthane et le dioxyde de carbone, soit .

Partie 3

Les coefficients stœchiométriques placés devant le dioxygène () et l’eau () sont tous les deux égaux à deux. Nous pouvons exprimer ces valeurs sous forme de rapport . Cependant, les rapports doivent toujours être simplifiés. Par conséquent, le rapport molaire entre le dioxygène et l’eau est de .

Exemple 2: Calculer le nombre de moles consommées d’un réactif au cours d'une réaction à partir du nombre de moles d’un deuxième réactif

L'acétylène () est utilisé dans les torches de soudage. La combustion de l’acétylène est décrite par l’équation chimique équilibrée

Si 8,5 moles d’acétylène sont consommées, combien de moles de dioxygène gazeux doivent avoir été consommées pour que la réaction soit complète ? Donnez votre réponse au centième près.

Réponse

Nous devons utiliser l’analyse dimensionnelle pour convertir les moles d’acétylène en moles de dioxygène. Cela signifie que nous avons besoin d’un facteur de conversion qui relie les moles d’acétylène avec les moles de dioxygène. Ce facteur de conversion s'appelle le rapport molaire.

Les coefficients stœchiométriques dans une équation chimique équilibrée représentent le nombre de moles de chaque espèce nécessaire pour que la réaction soit complète. Les coefficients stœchiométriques placés devant le et le sont respectivement deux et cinq. Le rapport molaire entre l’acétylène et le dioxygène, , peut être exprimé par les facteurs de conversion suivants : 

Au cours d’une analyse dimensionnelle, les unités apparaissant à la fois au numérateur et au dénominateur s’annulent. La valeur que nous convertissons est 8,5 moles de . Nous avons besoin d'annuler les moles de . Ainsi, nous devons multiplier la valeur d’origine par le facteur de conversion qui a les moles de au dénominateur : 

Nous effectuons ensuite le calcul afin de déterminer le nombre de moles de dioxygène gazeux : 

Lors de la combustion, 8,5 moles d’acétylène réagissent complètement avec 21,25 moles de dioxygène gazeux.

Exemple 3: Calculer la masse d’un réactif dans une réaction ayant une stœchiométrie de un pour plusieurs

Le tétrachlorure de carbone peut être synthétisé en faisant réagir du dichlore avec du méthane selon l’équation [ = 12 g/mol, = 1 g/mol, = 35,5 g/mol]

Si 8,0 g de sont produits, quelle masse de méthane a été consommée ? Donnez votre réponse au centième près.

Réponse

Cette question vise à convertir la masse en grammes de en masse de méthane (). Deux substances différentes peuvent être liées entre elles par leur rapport molaire. Le rapport molaire correspond à la quantité de matière en moles d’une substance par rapport à la quantité de matière en moles d’une autre substance, qui sont toutes les deux impliquées dans une réaction chimique. Les coefficients stœchiométriques dans une équation chimique équilibrée indiquent le nombre de moles de chaque espèce impliquée dans la réaction. Lorsqu’aucun nombre n’est placé devant une espèce, le coefficient est considéré comme étant égal à un. En observant l’équation chimique équilibrée, nous pouvons déterminer que le rapport molaire entre le et le est de 1 mol de pour 4 mol de .

Afin de pouvoir utiliser le rapport molaire, nous devons convertir la masse de fournie dans la question en quantité de matière en moles. Cela peut être réalisé en utilisant l’équation où représente la quantité de matière en moles, représente la masse en grammes et représente la masse molaire en grammes par mole. Pour utiliser cette équation, nous devons d’abord calculer la masse molaire du en additionnant les masses molaires moyennes de ses atomes constitutifs : 

Nous pouvons alors remplacer la masse et la masse molaire du dans l’équation : 

Ensuite, nous pouvons calculer le nombre de moles de  : 

Nous pouvons alors convertir les moles de en moles de en multipliant la quantité de matière de en moles par le rapport molaire exprimé sous forme de fraction. Le rapport molaire doit être exprimé avec les moles de au dénominateur, afin que les moles de mol s'annulent, pour nous laisser avec des moles de ,

Comme la question vise à déterminer la masse de méthane, nous devons convertir la quantité de matière de méthane en moles en une masse en grammes. Nous pouvons utiliser la même équation de la quantité de matière en mole que nous avons utilisée précédemment :  qui peut être réarrangée pour déterminer la masse : 

Nous connaissons le nombre de moles de méthane, mais nous devons calculer sa masse molaire en additionnant les masses molaires moyennes de ses atomes constitutifs : 

Nous pouvons alors remplacer la masse molaire et la quantité de matière de en moles dans l’équation : 

Ensuite, nous pouvons calculer la masse de méthane : 

En arrondissant notre réponse au centième près, nous pouvons affirmer que si 8,0 g de sont produits, 0,88 gramme de méthane a été consommé.

Exemple 4: Calculer la masse de dioxygène nécessaire pour réagir avec un nombre donné d’atomes de magnésium

Combien de grammes de dioxygène gazeux sont nécessaires pour réagir complètement avec atomes de magnésium pour produire de l’oxyde de magnésium ? Donnez votre réponse au centième près en utilisant la notation scientifique. [ = 16 g/mol , = 24 g/mol]

Réponse

Afin d'établir la relation entre le dioxygène gazeux et le magnésium, nous avons besoin d'une équation chimique équilibrée. Le magnésium et le dioxygène gazeux sont des réactifs et doivent apparaître du côté gauche de la flèche de réaction. Le dioxygène gazeux est une molécule diatomique lorsqu’elle est à l’état pur et doit apparaître sous forme de dans l’équation chimique. L'oxyde de magnésium, dont la formule chimique est le , constitue le produit et doit apparaître du côté droit de la flèche de réaction. Par conséquent, la réaction s'écrit comme suit : 

Telle qu'elle est exprimée ci-dessus, cette équation chimique est déséquilibrée. Nous pouvons l’équilibrer en dressant la liste des atomes de chaque élément présents des deux côtés de l’équation.

Nous pouvons constater que les atomes de magnésium sont équilibrés, mais pas les atomes d’oxygène. Par conséquent, nous devons placer un coefficient de deux devant l’oxyde de magnésium pour équilibrer les atomes d’oxygène.

Le fait de placer un coefficient de deux devant l’oxyde de magnésium déséquilibre les atomes de magnésium. Cependant, ils peuvent être rééquilibrés en plaçant un coefficient de deux devant le magnésium du côté des réactifs.

Les coefficients stœchiométriques dans une équation chimique équilibrée indiquent le nombre de moles de chaque espèce impliquée dans la réaction. Lorsqu’aucun nombre n’est placé devant une espèce, le coefficient est considéré comme étant égal à un. En observant l’équation chimique équilibrée ci-dessus, nous pouvons constater que moles de magnésium réagissent avec moles de dioxygène. Cette relation s'appelle le rapport molaire et peut être utilisée comme facteur de conversion pour convertir entre les deux substances.

Cependant, la question nous fournit la quantité de magnésium en atomes plutôt qu'en moles. Par conséquent, nous devons convertir un nombre d’entités, dans ce cas-ci des atomes, en moles en utilisant l’équation où représente la quantité de matière en moles, représente le nombre d’entités et représente la constante d’Avogadro ( mol⁻¹). Nous pouvons alors remplacer le nombre d’atomes et la constante d’Avogadro dans l’équation et calculer le nombre de moles de magnésium : 

Ensuite, nous pouvons convertir les moles de magnésium en moles de dioxygène gazeux en multipliant par le rapport molaire exprimé sous forme de fraction. Le rapport molaire doit être exprimé avec les moles de magnésium au dénominateur, afin que les mol de s'annulent, ce qui nous laisse avec des moles de ,

Comme la question vise à déterminer la masse de dioxygène gazeux en grammes, nous devons convertir la quantité de matière de dioxygène gazeux en moles en une masse en grammes. Pour effectuer cette conversion, nous pouvons utiliser l’équation où représente la quantité de matière en moles, représente la masse en grammes et représente la masse molaire en grammes par mole. Nous devons ensuite réarranger cette équation pour pouvoir calculer la masse : 

Ensuite, nous devons remplacer la quantité de matière et la masse molaire de dioxygène gazeux (32 g/mol) dans l’équation afin de calculer la masse de dioxygène gazeux

La question nous demande de donner notre réponse arrondie au centième près en notation scientifique. En écrivant correctement notre réponse, grammes de dioxygène gazeux sont nécessaires pour réagir complètement avec atomes de magnésium afin de produire de l’oxyde de magnésium.