Vidéo de la leçon: Composition en pourcentage Chimie

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Dans cette vidéo, nous allons examiner la composition en pourcentage, le pourcentage en masse de chaque élément dans une substance. La composition en pourcentage d’une substance est le pourcentage en masse de chaque élément dans la substance. Le pourcentage en masse d’un élément dans une substance est le pourcentage massique de cet élément dans un échantillon de cette substance. Nous pouvons calculer le pourcentage massique en prenant la masse de l’élément et en la divisant par la masse de la substance et en multipliant par 100 pour cent.

Examinons l’eau à titre d’exemple. L’eau est une substance composée des éléments hydrogène et oxygène. Nous savons que l’eau est composée de molécules constituées d’atomes d’hydrogène et d’oxygène, et qu’une seule molécule d’eau comprend deux atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. La composition en pourcentage de l’eau est d’environ onze pour cent d’hydrogène et de 89 pour cent d’oxygène. Rappelez-vous que les pourcentages massiques doivent totaliser 100 pour cent. Alors pourquoi est-ce que même si nous avons deux fois plus d’atomes d’hydrogène, l’oxygène représente beaucoup plus de la masse ? Eh bien, un atome d’oxygène a une masse par atome beaucoup plus grande que l’hydrogène. Donc, même s’il y a deux fois plus d’atomes d’hydrogène dans la molécule d’eau, l’élément oxygène représente une proportion beaucoup plus grande de la masse.

Nous pouvons voir les masses relatives d’un atome moyen de chaque élément en allant dans le tableau périodique. Nous pouvons voir que l’oxygène a une masse atomique relative de 15,999. Et l’hydrogène a une masse atomique relative de 1,008. Ainsi, un atome d’oxygène a clairement environ 16 fois la masse d’un atome d’hydrogène. Maintenant, nous devons connaître la contribution de chaque élément à la masse de la molécule. Pour cela, nous prenons la masse atomique relative de chaque atome et la multiplions par le nombre d’atomes par molécule. Cela signifie que l’oxygène contribue de 15,999 à la masse de la molécule d’eau. Et l’hydrogène contribue de 2,016.

Si nous additionnons ces contributions, nous obtiendrons la masse relative de la formule d’une molécule d’eau qui est 18,015. La dernière chose à faire est de calculer le pourcentage massique pour chaque élément. Pour ce faire, nous prenons la contribution en masse de l’élément et la divisons par la masse de la formule de la molécule. Cela nous indiquera la proportion de masse que cet élément représente. Et puis nous la multiplions par 100 pour cent. Nous obtenons donc une valeur pour le pourcentage massique d’oxygène dans une molécule d’eau de 88,8 pour cent et la valeur pour le pourcentage massique d’hydrogène de 11,2 pour cent.

À l’origine, vous pouvez voir que ces nombres ont été arrondis pour donner 89 pour cent et 11 pour cent. Cette information est utile lorsque nous envisageons de séparer des composés en éléments. Nous savons que toute la masse dans l’eau sera convertie en masse de l’hydrogène et de l’oxygène. Et 11,2 pour cent de cette masse seront de l’hydrogène et 88,8 pour cent de cette masse seront de l’oxygène. Les compositions en pourcentage sont généralement utilisées de deux façons, soit elles sont utilisées pour déterminer le rapport des éléments dans un composé pour nous aider à trouver la formule, soit elles sont utilisées pour déterminer la masse d’un élément présent dans un composé.

Bien sûr, les compositions en pourcentage doivent être déterminées à partir de l’une de ces deux choses en premier lieu. Vous pouvez donc considérer la composition en pourcentage comme un pont entre la composition élémentaire d’un seul échantillon et la formule chimique. Dans ce cas, nous disons que la composition en pourcentage de l’eau est de 88,8 pour cent d’oxygène et de 11,2 pour cent d’hydrogène. Maintenant, passons à autre chose et réfléchissons à la façon dont nous calculons la composition en pourcentage lorsque nous connaissons la formule.

Disons que vous avez un composé comme le chlorure de sodium et que vous allez le séparer en ses éléments. Ici, j’ai choisi le chlorure de sodium parce que le chlorure de sodium est en fait séparé en ses éléments dans l’industrie. Le chlorure de sodium a la formule NaCl. Cela signifie que nous avons un ion sodium pour chaque ion chlorure. Lors du calcul des compositions en pourcentage, les ions sont considérés comme des atomes. Nous ne faisons pas attention aux différences de masse causées par plus ou moins d’électrons. Dans le cas du chlorure de sodium, nous pouvons identifier nos éléments comme étant le sodium et le chlore. La prochaine étape consiste à trouver les masses atomiques relatives des éléments. Pour le sodium, c’est 22,990. Et pour le chlore, c’est 34,45. Si vous le souhaitez, vous pouvez également utiliser les masses atomiques en unités de masse atomique unifiées, tant que vous calculez la masse de la formule avec les mêmes unités.

Dans l’étape suivante, nous devons déterminer le nombre d’ions dans la formule. Nous avons un ion sodium et un ion chlorure par formule de chlorure de sodium. Cela facilite les choses car cela signifie que la contribution de chaque élément à la masse est la même que la masse atomique relative. Si nous les additionnons ensemble, nous obtiendrons une masse relative de la formule de chlorure de sodium qui est 58,44. Ensuite, nous calculons le pourcentage massique pour chaque élément en divisant la contribution par la masse relative de la formule et en multipliant par 100 pour cent. Cela nous donne un pourcentage massique pour le sodium de 39,3 pour cent, et un pourcentage massique pour le chlore de 60,7 pour cent. Si nous additionnons ces deux pourcentages ensemble, nous obtenons 100 pour cent comme nous le devrions.

Cela signifie que si nous avons un échantillon de 500 grammes de chlorure de sodium, nous pouvons calculer la masse de sodium et la masse de chlore que cela nous donne. Nous multiplions la masse de notre échantillon par le pourcentage massique pour obtenir 197 grammes pour le sodium et 303 grammes pour le chlore. Si nous avions commencé avec un composé différent comme l’oxyde de fer(III), nous suivrions exactement la même procédure. Pour un échantillon d’oxyde de fer(III), le fer représente 69,9 pour cent de la masse. Et l’oxygène représente les 30,1 restants. L’essentiel à retenir est d’inclure le nombre de chaque élément à la contribution en masse.

Maintenant que nous avons examiné comment calculer la composition en pourcentage à partir de la formule, examinons son calcul à partir des masses. Calculer la composition en pourcentage d’une substance à partir des masses de chaque élément est en fait beaucoup plus facile que de le faire à partir de la formule. Imaginons que nous ayons un échantillon de méthane avec une masse de 120 grammes. Et imaginons pour le moment que nous ne connaissions pas la formule du méthane. Tout ce qui vous a été dit, c’est que la masse attribuable à l’hydrogène est de 30 grammes et la masse attribuable au carbone est de 90 grammes. Donc, pour l’instant, nous n’avons pas encore démontré s’il y avait d’autres éléments. Cependant, si nous additionnons les masses pour chaque élément, nous pouvons voir que c’est égal à 120 grammes. Le composé ne doit contenir que de l’hydrogène et du carbone car la somme des masses individuelles est égale à la masse de l’échantillon.

Nous calculons le pourcentage massique de chaque élément en divisant la masse de l’élément par la masse de l’échantillon et en multipliant par 100 pour cent. 30 grammes divisés par 120 grammes fois 100 pour cent vaut 25 pour cent. Et 90 grammes divisé par 120 grammes fois 100 pour cent vaut 75 pour cent. La composition en pourcentage du méthane est donc de 25 % d’hydrogène et de 75 % de carbone. Nous avons donc examiné la composition en pourcentage et différentes façons de la calculer. Maintenant, entraînons-nous.

Un composé ne contient que les éléments 𝑋 et 𝑌. On trouve qu’un échantillon du composé, avec une masse de 12,5 grammes, contient 6,50 grammes de 𝑋. Quelle est la composition en pourcentage du composé ?

La composition en pourcentage est une liste des pourcentages massiques de chaque élément du composé. Nous cherchons donc une réponse avec ce type de format où nous avons le pourcentage massique de 𝑋 et le pourcentage massique de 𝑌. Nous commençons en sachant que nous avons une masse d’échantillon de 12,5 grammes et en sachant que les seuls éléments dans notre composé sont 𝑋 et 𝑌. Heureusement, on nous a également dit que la masse de 𝑋 dans l’échantillon est de 6,50 grammes. Mais nous ne connaissons pas la masse de 𝑌. Cependant, cela ne nous empêchera pas de calculer le pourcentage massique de 𝑋, qui est la masse de l’élément 𝑋 divisée par la masse de l’échantillon multipliée par 100 pour cent. Cela signifie que nous prenons 6,50 grammes divisés par 12,5 grammes puis multipliés par 100 pour cent, ce qui nous donne 52,0 pour cent.

Mais nous ne connaissons toujours pas le pourcentage massique pour 𝑌. Nous pouvons obtenir le pourcentage massique de deux façons. Nous savons que les pourcentages massiques doivent totaliser 100 pour cent. Nous pouvons donc retirer le pourcentage massique de 𝑋 pour obtenir le pourcentage massique de 𝑌. Ou nous pouvons calculer la masse de 𝑌 en retirant la masse de 𝑋 de la masse de l’échantillon, puis en divisant par la masse de l’échantillon et en multipliant par 100 pour cent. Pour cette question, il n’est pas réellement nécessaire de calculer la masse de 𝑌. Donc, je ne l’ai pas fait. Au lieu de cela, nous avons calculé le pourcentage massique de 𝑌 en retirant le pourcentage massique de 𝑋 de 100 pour cent.

Cependant, au cas où cela vous intéresserait, elle devrait être de six grammes. Tout ce qui reste à faire pour avoir notre réponse est d’écrire la composition en pourcentage qui est une liste des éléments et leurs pourcentages massiques. Un composé contenant uniquement les éléments 𝑋 et 𝑌, dont l’échantillon a une masse de 12,5 grammes, aura une composition en pourcentage de 52 pour cent de 𝑋 et 48 pour cent de 𝑌, si 6,50 grammes de l’échantillon correspondent à 𝑋.

Notre premier exemple traitait donc du calcul des pourcentages massiques à partir des masses d’échantillons et des masses d’éléments. Maintenant, essayons une question qui utilise une formule chimique.

L’éthanol a la formule C₂H₅OH. a) En pourcentage en masse, quelle est la teneur en oxygène de la molécule d’éthanol avec deux chiffres significatifs ? b) En pourcentage en masse, quelle est la teneur en carbone de la molécule d’éthanol avec deux chiffres significatifs ? Et c) En pourcentage en masse, quelle est la teneur en hydrogène de la molécule d’éthanol avec deux chiffres significatifs ?

En apparence, il semble que cette question ne recherche pas une composition en pourcentage. Mais elle demande le pourcentage massique de tous les éléments dans notre formule. La première chose à faire est de condenser la formule dans sa formule chimique, indiquant uniquement le nombre d’atomes de chaque élément. D’après la formule, nous pouvons voir qu’une molécule d’éthanol ne contient que du carbone, de l’hydrogène et de l’oxygène. Et chaque molécule contient deux atomes de carbone, six atomes d’hydrogène et un atome d’oxygène. Le pourcentage en masse ou le pourcentage massique est égal à la masse de l’élément divisée par la masse de l’échantillon, le tout multiplié par 100 pour cent.

Dans ce cas, l’échantillon est une molécule d’éthanol. Et la masse de l’élément est la masse soit de deux atomes de carbone, de six atomes d’hydrogène ou d’un atome d’oxygène. Nous pouvons calculer la masse d’un atome de chaque élément en cherchant la masse atomique relative dans notre tableau périodique. La masse atomique relative du carbone est 12,011. La masse atomique relative de l’hydrogène est 1,008. Et la masse atomique relative de l’oxygène est 15,999. En multipliant le nombre d’atomes de chaque élément par molécule par la masse atomique relative de cet élément, nous obtiendrons la masse de chaque élément de la molécule. Cela signifie que pour une molécule d’éthanol, le carbone contribue de 24,022 à la masse, l’hydrogène de 6,048 et l’oxygène de 15,999. Si nous additionnons toutes ces contributions ensemble, nous obtiendrons la masse relative de la formule d’une molécule d’éthanol.

Nous avons maintenant toutes les informations dont nous avons besoin pour répondre aux trois questions. Pour la partie a), nous prenons la contribution pour l’oxygène par molécule d’éthanol de 15,999 et la divisons par la masse relative de la formule d’éthanol de 46,069, puis multiplions le tout par 100 pour cent. Cela nous donne 34,7283 pour cent, que nous arrondissons à 35 pour cent, ce qui est notre réponse avec deux chiffres significatifs. En faisant de même pour le carbone où nous utilisons sa contribution en masse de 24,022, nous obtenons un pourcentage massique de 52 pour cent avec deux chiffres significatifs. Et enfin, pour l’hydrogène, nous obtenons un pourcentage massique de 13 pour cent. Pour trouver le pourcentage massique de l’hydrogène, nous aurions pu retirer le pourcentage d’oxygène et de carbone de 100 pour cent. Cependant, cela signifierait que toute erreur dans notre calcul pour l’oxygène ou le carbone rendrait notre calcul pour l’hydrogène incorrect. Le faire de cette façon nous donne de meilleures chances d’avoir une réponse correcte.

Donc, en utilisant le processus pour déterminer la composition en pourcentage de l’éthanol, nous avons démontré que l’oxygène a un pourcentage massique de 35 pour cent. Le carbone a un pourcentage massique de 52 pour cent. Et l’hydrogène a un pourcentage massique de 13 pour cent dans la molécule d’éthanol.

Puisque nous avons tout appris sur la composition en pourcentage et répondu à quelques questions pratiques, examinons les points clés. La composition en pourcentage est une liste des pourcentages massiques de tous les éléments dans une substance. Le pourcentage massique d’un élément dans une substance est le pourcentage de la masse de cette substance que cet élément en particulier représente. Les compositions en pourcentage peuvent être déterminées à partir de formules chimiques et de masses atomiques, ou à partir de masses d’échantillons et des éléments à l’intérieur.