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Vidéo de question : Déterminer une formule empirique à partir d’une composition en pourcentage Chimie

Un composé d’oxyde de vanadium est formé de 68% de vanadium et de 32% d’oxygène en masse. Quelle est la formule empirique de ce composé ? Soient les masses atomiques du vanadium et de l’oxygène de 51 et 16, respectivement.

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Transcription de vidéo

Un composé d’oxyde de vanadium est formé de 68 pour cent de vanadium et de 32 pour cent d’oxygène en masse. Quelle est la formule empirique de ce composé ? Soient les masses atomiques du vanadium et de l’oxygène de 51 et 16, respectivement.

La formule empirique est la formule d’un composé avec le rapport entier positif le plus simple d’atomes. Par exemple, C4H10 a pour formule empirique C2H5, et C3H6 a pour formule empirique CH2. Plusieurs composés peuvent avoir la même formule empirique. Par exemple, la formule empire de C4H8 sera également CH2. La question nous demande de trouver la formule empirique d’un composé d’oxyde de vanadium. Donc, la réponse finale sera V, le symbole chimique du vanadium, et une valeur d’indice, que nous appellerons 𝑥 pour le moment - cette valeur indiquera combien d’atomes de vanadium il y a dans la formule empirique - O, le symbole chimique de l’oxygène, et nous obtenons la formule empirique d’un composé d’oxyde. O aura également une valeur d’indice, notée 𝑦.

Traçons un tableau où chaque élément de la formule empirique a sa propre colonne, afin de faciliter la recherche de cette formule empirique. Tout d’abord, il faut trouver la masse de vanadium et la masse d’oxygène. La question nous indique que le composé est constitué à 68 pour cent de vanadium et à 32 pour cent d’oxygène en masse. Cela signifie que dans 100 grammes d’oxyde de vanadium, il y aura 68 grammes de vanadium et 32 grammes d’oxygène.

Puisqu’on recherche la formule empirique et donc le rapport entier positif le plus simple, nous n’avons pas besoin de peser un échantillon d’oxyde de vanadium pour remplir la valeur des masses dans le tableau. On peut juste utiliser le pourcentage en masse. En effet, ces pourcentages indiquent le rapport entre les atomes de vanadium et d’oxygène. Il est cependant plus facile, pour la suite du calcul, de connaître la masse en grammes. Supposons donc qu’on a 100 grammes d’oxyde de vanadium. Par conséquent, on aura 68 grammes de vanadium et 32 grammes d’oxygène.

Pour remplir la prochaine ligne du tableau, on doit trouver la masse molaire du vanadium et de l’oxygène. La masse molaire, à laquelle on donne souvent le symbole M majuscule, est la masse moyenne en grammes par mole d’espèce. Elle a pour unités les grammes par mole, mais on ne nous donne pas la masse molaire dans la question. On connait seulement la masse atomique. La masse atomique est la masse moyenne pondérée d’un atome d’un élément en fonction de l’abondance isotopique naturelle de cet élément. Son unité est l’unité de masse atomique, notée 𝑢, ou elle est parfois exprimée sans unité.

La masse molaire et la masse atomique n’ont pas la même définition, et elles ont des unités différentes. Mais la masse atomique d’une espèce est numériquement équivalente à la masse en grammes par mole de cette espèce. Ainsi, la valeur de la masse atomique en unités de masse atomique ou sans unité est la même que la masse molaire en grammes par mole. Dans l’énoncé, on nous dit que la masse atomique du vanadium est de 51, sa masse molaire est donc de 51 grammes par mole. On sait également d’après l’énoncé que la masse atomique de l’oxygène est de 16, donc sa masse molaire est de 16 grammes par mole.

Pour remplir la ligne suivante du tableau, nous devons calculer le nombre de moles de vanadium et d’oxygène. On peut déterminer le calcul à effectuer en regardant les unités. Jusqu’à présent, on a des valeurs en grammes et en grammes par mole. Et on veut calculer un nombre de moles. Diviser des grammes par des grammes par mole revient à multiplier des grammes par l’inverse des grammes par mole, soit des moles par gramme. En multipliant les grammes par moles par des grammes, alors les unités grammes s’annulent, et on reste avec des moles. Donc, si on doit diviser des grammes par des grammes par mole pour obtenir un nombre de moles, calculer le nombre de moles revient donc à diviser la masse, en grammes, par la masse molaire, en grammes par mole.

On peut également résoudre ce problème en réarrangeant une équation bien connue. Celle-ci indique que la masse molaire en grammes par mole est équivalente à la masse en grammes divisée par le nombre de moles. Si on réorganise cette équation pour révéler le nombre de moles, on constate qu’il faut diviser la masse par la masse molaire. C’est la même conclusion que celle à laquelle nous sommes arrivés en examinant les unités. Donc, pour trouver le nombre de moles de vanadium, nous devons calculer 68 divisé par 51. On obtient 1,3. Et pour trouver le nombre de moles d’oxygène, on divise 32 par 16. Cela donne 2 moles.

Nous connaissons maintenant le rapport entre les atomes Pour chaque 1,3 mole de vanadium, il y a deux moles d’oxygène. Mais nous cherchons un rapport de nombres entiers. Il faut donc diviser 1,3 et 2 par le plus petit nombre d’entre eux. 1,3 est plus petit que 2. Donc, 1,3 et 2 doivent être divisés par 1,3. On obtient les valeurs 1 et 1,5, mais ce n’est toujours pas un rapport d’entiers. Transformons alors la décimale en une fraction. 1,5 est équivalent à trois sur deux.

Nous devons ensuite multiplier un et trois sur deux par le plus grand dénominateur commun. Il n’y a qu’un seul dénominateur, c’est deux. Donc, un et trois sur deux doivent tous deux être multipliés par deux. Cela nous donne des valeurs de deux pour le vanadium et de trois pour l’oxygène. Ces valeurs sont les indices 𝑥 et 𝑦. Par conséquent, la formule empirique du composé étudié est V2O3.

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