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L’oxyde de calcium peut être produit par la décomposition thermique du carbonate de calcium selon l’équation ci-dessous. CaCO3 réagit pour former CaO plus CO2. Quelle est la quantité minimale de carbonate de calcium nécessaire pour produire 1,12 gramme d’oxyde de calcium ? La masse molaire du calcium est de 40 grammes par mole, celle du carbone est de 12 grammes par mole et celle de l’oxygène est de 16 grammes par mole.
Dans cette question, on nous demande de déterminer la quantité en grammes d’une substance dans une réaction, connaissant la quantité en grammes d’une deuxième substance dans la même réaction. Pour résoudre ce problème, nous devrons déterminer le rapport entre le carbonate de calcium et l’oxyde de calcium en utilisant l’équation chimique fournie. Il faut d’abord nous assurer que l’équation chimique est équilibrée. Comptons le nombre d’atomes de chaque type que nous avons de chaque côté de l’équation.
Du côté des réactifs, on a un atome de calcium. Et du côté des produits, on a également un atome de calcium. Du côté des réactifs, on a un atome de carbone. Et du côté des produits, on a également un atome de carbone. Enfin, du côté des réactifs, on a trois atomes d’oxygène. Et du côté des produits, on a un atome d’oxygène dans CaO plus deux atomes d’oxygène dans CO2 pour un total de trois atomes d’oxygène. Nous avons donc confirmé que cette équation chimique est déjà équilibrée.
Nous savons que 1,12 grammes d’oxyde de calcium sont produits. La formule chimique de l’oxyde de calcium est CaO. Écrivons donc cette masse en dessous. Pour résoudre ce problème, nous devons déterminer la quantité de carbonate de calcium nécessaire. La formule chimique du carbonate de calcium est CaCO3. Il y a trois étapes principales pour résoudre ce problème. Tout d’abord, nous devons convertir 1,12 gramme d’oxyde de calcium en moles. Ensuite, nous utiliserons le rapport molaire pour trouver le nombre de moles de CaCO3 ayant réagi. Et puis nous convertirons le nombre de moles de CaCO3 en grammes. Pour convertir 1,12 gramme de CaO en moles, on doit utiliser l’équation suivante. Dans cette équation, petit 𝑛 est le nombre de moles, petit 𝑚 est la masse en grammes et grand 𝑀 est la masse molaire en grammes par mole.
On peut calculer la masse molaire de l’oxyde de calcium en additionnant les masses molaires moyennes des atomes qui composent une unité de formule. Une unité de formule d’oxyde de calcium contient un atome de calcium, qui a une masse molaire moyenne de 40 grammes par mole, et un atome d’oxygène, qui a une masse molaire moyenne de 16 grammes par mole. L’addition de ces masses nous donne une masse molaire de 56 grammes par mole pour l’oxyde de calcium. Mettons dans l’équation la masse de 1,12 gramme de CaO et la masse molaire de 56 grammes par mole et faisons la division. Le résultat est 0,02 mole de CaO. Dans une équation chimique équilibrée, les coefficients stœchiométriques placés devant les formules chimiques représentent le nombre de moles nécessaire de chaque espèce pour une réaction complète.
Dans l’équation fournie, il n’y a pas de coefficients, ce qui signifie qu’il faut une mole de chaque substance pour une réaction complète. Donc, une mole de carbonate de calcium est nécessaire pour produire une mole d’oxyde de calcium. Écrivons ce rapport molaire sous forme de fraction pour pouvoir l’utiliser comme facteur de conversion. Il faut écrire une mole de CaCO3 au numérateur parce que les unités désirées à l’étape (2) sont des moles de CaCO3. Nous pouvons maintenant prendre notre réponse de l’étape (1), 0,02 mole de CaO, et multiplier par le rapport molaire. Les unités de moles de CaO s’annulent. Et la réponse est 0,02 mole de CaCO3. Nous sommes maintenant prêts pour la dernière étape, qui consiste à convertir notre réponse en grammes de CaCO3.
Pour trouver la quantité en grammes de CaCO3, on doit prendre le nombre de moles et multiplier par la masse molaire de CaCO3. Une unité de formule de carbonate de calcium contient un atome de calcium, un atome de carbone et trois atomes d’oxygène. Un atome de calcium a une masse molaire moyenne de 40 grammes par mole, et un atome de carbone a une masse molaire moyenne de 12 grammes par mole. Chaque atome d’oxygène a une masse molaire moyenne de 16 grammes par mole, donc la masse molaire de trois atomes d’oxygène est de 48 grammes par mole. Après avoir additionné ces masses molaires, on trouve que la masse molaire du carbonate de calcium est de 100 grammes par mole. Nous pouvons maintenant utiliser le nombre de moles de CaCO3 et la masse molaire de CaCO3 dans l’équation. Après multiplication, le résultat est de deux grammes de CaCO3.
Quelle est la quantité minimale de carbonate de calcium nécessaire pour produire 1,12 gramme d’oxyde de calcium ? La réponse est deux grammes.
