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Quelle quantité d’eau peut être produite à partir de 4,800 grammes d’oxygène et 0,5846 grammes d’hydrogène ? Donnez votre réponse au centième près. La masse molaire de l’hydrogène est de un gramme par mole et celle de l’oxygène est de 16 grammes par mole.
Pour commencer, nous pouvons d’abord penser à la loi de conservation de la masse, qui stipule que dans un système fermé, la masse des réactifs d’une réaction chimique est égale à la masse des produits. Cependant, cela suppose que toutes les molécules de réactif sont complètement consommées pendant la réaction. Donc, si 4,800 grammes d’oxygène et 0,5846 grammes d’hydrogène sont complètement consommés au cours d’une réaction, alors on s’attend à ce que 5,3846 grammes d’eau soient produits. Afin de déterminer si les masses des deux réactifs sont complètement consommées, nous devons nous appuyer sur notre connaissance en stœchiométrie. Nous devons déterminer si un réactif limitant est présent, ce qui limiterait la quantité de produit, l’eau, qui se forme.
Afin de résoudre ce problème et de déterminer la masse d’eau formée dans la réaction, nous devons calculer la quantité d’eau que chaque réactif produirait s’il était complètement consommé. Le réactif qui pourrait produire moins d’eau est le réactif limitant et détermine donc la quantité d’eau produite. Comme nous utilisons la stœchiométrie pour résoudre ce problème, une équation chimique équilibrée est nécessaire.
Commençons par écrire les formules chimiques des réactifs. La formule chimique de l’oxygène diatomique est O2 et la formule chimique de l’hydrogène diatomique est H2. Dans une équation chimique, les réactifs sont toujours écrits sur le côté gauche de la flèche de réaction. Les produits sont écrits sur le côté droit de la flèche de réaction. Et dans cette réaction, il y a un produit, l’eau, qui a la formule chimique H2O. Nous pouvons commencer par remarquer que le côté réactif de l’équation a deux atomes d’oxygène et le côté produit n’a qu’un seul atome d’oxygène. Par conséquent, nous devons ajouter un coefficient deux devant l’eau côté produit.
Maintenant que nous avons équilibré les atomes d’oxygène, examinons les atomes d’hydrogène. Du côté des réactifs de l’équation, il y a deux atomes d’hydrogène, et du côté du produit, il y a quatre atomes d’hydrogène. Afin d’équilibrer les atomes d’hydrogène, nous devons placer un coefficient deux devant l’hydrogène du côté réactif. Maintenant que nous avons une équation chimique équilibrée, nous pouvons déterminer quel réactif est le réactif limitant. D’après nos calculs, le réactif qui produit le moins d’eau est le réactif limitant et détermine donc la quantité d’eau produite.
Dans nos calculs, nous devrons effectuer les trois étapes suivantes avec chaque réactif. Dans le problème, 4,800 grammes d’oxygène sont présents. Tout d’abord, nous devons convertir des grammes d’oxygène en moles d’oxygène. Pour ce faire, nous divisons par la masse molaire d’O2, qui est de 32 grammes par mole. Cette masse molaire est calculée en prenant la masse molaire moyenne d’oxygène donnée dans le problème et en la multipliant par deux. Notez que dans cette première étape, nous avons annulé les unités grammes d’O2.
Maintenant, nous sommes prêts à convertir des moles d’oxygène en moles d’eau. Dans cette étape, nous devrons utiliser le rapport molaire eau sur oxygène et utiliser les coefficients de l’équation équilibrée. Selon l’équation, pour chaque mole d’oxygène qui réagit, deux moles d’eau sont produites. Nous devons écrire une mole d’oxygène au dénominateur, ce qui nous permet d’annuler les unités moles d’oxygène. Maintenant, nous sommes prêts pour la troisième étape. Pour convertir des moles d’eau en grammes d’eau, nous devons multiplier par la masse molaire de l’eau, qui est de 18 grammes par mole. Cette masse molaire est calculée en additionnant la masse molaire moyenne de deux atomes d’hydrogène et celle d’un atome d’oxygène. Notez qu’à la troisième étape, les unités moles d’eau s’annulent.
Maintenant, nous pouvons calculer la quantité d’eau produite en grammes. Commençons avec 4,800 et divisons par 32. Ensuite, nous multiplions par deux et enfin par 18. Par conséquent, si tout l’oxygène est consommé, 5 400 grammes d’eau pourraient être produits. Bien que nous puissions être tentés d’accepter ceci comme la bonne réponse, nous ne le savons pas avec certitude car nous n’avons pas calculé combien d’eau peut être produite à partir de 0,5846 grammes d’hydrogène.
Pour ce faire, répétons les trois étapes pour l’hydrogène. Pour convertir des grammes d’hydrogène en moles d’hydrogène, nous devons diviser par la masse molaire de H2, qui est de deux grammes par mole. Cette masse molaire est calculée en prenant la masse molaire moyenne d’hydrogène fournie dans le problème et en la multipliant par deux. Comme précédemment, durant l’étape, nous éliminons les unités grammes de H2. Maintenant, nous sommes prêts à convertir des moles de H2 en moles d’eau. Nous devons utiliser le rapport molaire. En regardant l’équation chimique équilibrée, nous voyons que pour deux moles d’hydrogène qui réagissent, deux moles d’eau sont produites.
Lors de l’écriture du rapport molaire, nous devons placer deux moles d’hydrogène au dénominateur. Cela nous permet d’annuler les unités moles d’hydrogène. Enfin, nous pouvons convertir en grammes d’eau en multipliant par la masse molaire de l’eau, qui est de 18 grammes par mole. Dans cette étape, les unités moles d’eau s’annulent. Nous sommes maintenant prêts à calculer les grammes d’eau produits. Commençons par 0,5846 grammes et divisons par deux. Ensuite, nous allons multiplier par deux, diviser par deux et enfin multiplier par 18. Par conséquent, si tout l’hydrogène est consommé pendant la réaction, 5,2614 grammes d’eau pourraient être produits. Comme la masse d’eau produite à partir de l’hydrogène est plus petite, l’hydrogène est le réactif limitant.
Par conséquent, avec les quantités de réactifs données dans le problème, seulement 5,2614 grammes d’eau peuvent être produits. Après avoir arrondi au centième près, la bonne réponse est 5,26 grammes.
