- Cet article traite des conversions de masse à masse et de mole à mole .
- Tout d'abord, nous définirons ce qu'est un calcul stœchiométrique .
- Ensuite, nous apprendrons à équilibrer les équations.
- Ensuite, nous apprendrons les étapes des conversions de mole à mole.
- Après cela, nous apprendrons les étapes des conversions de masse en masse.
- Enfin, nous résumerons ces étapes de conversion.
Définition des calculs stœchiométriques
Lastœchiométrie est la relation entre la quantité de réactifs et de produits dans une réaction chimique
Lescoefficients stœchiométriques sont les nombres placés devant une espèce dans une équation chimique. Ces coefficients nous indiquent le rapport entre les réactifs et les produits
Qu'est-ce que tout cela signifie ? Tout d'abord, examinons une réaction générale :
$$ 2A + B \rightarrow C + 3D$$$
Nous avons ici deux réactifs (A et B) et deux produits (C et D). Les chiffres devant sont les coefficients stœchiométriques.
Ces coefficients nous indiquent qu'il faut 2 moles de A et 1 mole de B pour former 1 mole de C et 3 moles de D. Lorsque nous faisons des calculs stœchiométriques, nous utilisons ces rapports pour calculer différentes valeurs, par exemple combien de moles de C sont produites lorsque 3 moles de A sont consommées dans la réaction.
Équations d'équilibre
Les calculs stœchiométriques reposent sur des coefficients stœchiométriques, c'est pourquoi nous devons toujours nous assurer que nos équations sont équilibrées.
Lorsqu'une équation est équilibrée, le nombre de moles de chaque élément est égal des deux côtés.
Par exemple, voici l'équation équilibrée pour la formation de l'eau :
$$2H_{2\,(g)} + O_{2\,(g)} \rightarrow 2H_2O_{(l)}$$$.
Pour compter le nombre de moles, on multiplie l'indice (petit numéro) de chaque élément par leur coefficient, on a donc :
Hydrogène (à gauche) : 2(2)=4 Hydrogène (droite) 2(2)=4
Oxygène (gauche) 1(2)=2 Oxygène (droite) 2(1)=2
Le nombre à gauche est le coefficient, tandis que le nombre à droite est l'indice
Travaillons maintenant à équilibrer une équation ensemble.
Fais l'équilibre de l'équation suivante :
$$NaBr + Ca(OH)_2 \rightarrow CaBr_2 + NaOH$$$.
Notre première étape consiste à compter le nombre de moles de chaque élément des deux côtés. Lorsque les éléments sont entre parenthèses, comme (OH) ici, nous multiplions l'indice par chaque élément. Par conséquent, (OH)2, est la même chose que O2H2 en termes de nombres.
Commençons par le côté gauche :
Sodium (Na) : 1 Brome (Br) : 1 Calcium (Ca) : 1 Oxygène (O) : 2 Hydrogène (H) : 2
Passons maintenant à la partie droite :
Sodium (Na) : 1 Brome (Br) : 2 Calcium (Ca) : 1 Oxygène (O) : 1 Hydrogène (H) : 1
Nous avons donc trois espèces qui ne sont pas équilibrées : Br, O et H
Tout d'abord, nous pouvons multiplier notre hydroxyde de sodium (NaOH) par 2, de sorte que nos atomes d'oxygène et d'hydrogène sont maintenant équilibrés :
$$NaBr + Ca(OH)_2 \rightarrow CaBr_2 + 2NaOH$$$.
Nous avons maintenant un nouveau problème, nos atomes de sodium sont déséquilibrés ! Pour notre dernière étape, nous pouvons donc multiplier le composé de bromure de sodium (NaBr) par 2, afin que nos atomes de brome et de sodium soient tous équilibrés.
$$2NaBr+ Ca(OH)_2 \rightarrow CaBr_2 + 2NaOH$$$.
Lorsque tu fais des calculs, assure-toi toujours que ton équation est équilibrée !
Calculs de mole à mole
Comme tu l'as vu précédemment, les unités pour les équations chimiques sont en moles, donc convertir des moles d'une espèce à une autre n'est pas très difficile.
Les étapes de base sont les suivantes :
- Vérifie si l'équation est équilibrée
- Si elle n'est pas équilibrée, équilibre d'abord l'équation.
- Multiplie ta quantité de moles par le rapport stœchiométrique .
Qu'est-ce que j'entends par rapport stœchiométrique ? Prenons un exemple ensemble pour voir ce que je veux dire.
Calculs stœchiométriques : exemple
À l'aide de l'équation équilibrée ci-dessous, calcule le nombre de moles de chlorure de fer (III) (FeCl3) qui sont produites lorsque 1,75 moles de chlore gazeux (Cl2) réagissent avec suffisamment de fer (Fe).
$$2 Fe + 3Cl_2 \rightarrow 2FeCl_3$$
Notre première étape a donc été réalisée pour nous puisque l'équation est déjà équilibrée, alors passons à l'étape 2 !
Le rapport stœchiométrique est tout simplement le rapport entre notre espèce de départ (Cl2) et notre espèce désirée (FeCl3). Ce rapport nous est donné par les coefficients.
Tant que tu t'assures que tes unités s'annulent, ce processus fonctionne pour convertir des réactifs en produits, des produits en réactifs, et des produits en produits/réactifs en réactifs.
Nous multiplions notre quantité de chlore par ce ratio, de sorte que les moles de chlore s'annulent, ce qui nous donne des moles de FeCl3:
$$1.75\,mol\,Cl_2*\frac{2\,mol\,FeCl_3}{3\,mol\,Cl_2}$$
$$1.75\cancel{mol\,{Cl_2}}*\frac{2\,mol\,FeCl_3}{3\cancel{mol\,Cl_2}}$$
$$1.75*\frac{2}{3}\,mol\,FeCl_3=1.17\,mol\,FeCl_3$$
C'est assez simple, non ? La partie la plus amusante est à venir : les calculs de masse à masse.
Calculs de masse à masse
Comme les équations chimiques sont exprimées en unités de moles, nous devons d'abord convertir en moles , puis en masse.
Les étapes de base sont les suivantes :
- Vérifie si l'équation est équilibrée
- Si elle n'est pas équilibrée, commence par l'équilibrer
- Convertir la masse de l'espèce en moles de l'espèce.
- Utilise le rapport stœchiométrique pour passer des moles d'une espèce à l'autre.
- Reconvertis les moles en masse
La façon dont nous convertissons de la masse en moles (et vice versa) consiste à utiliser la masse mol aire de l'espèce :
La masse mol aire d'une espèce est la masse totale d'un élément ou d'un composé pour 1 mole.
Lorsque tu regardes le tableau périodique, la masse indiquée est la masse atomique. La masse molaire d'un composé est la somme des masses atomiques de chaque élément de ce composé multipliée par leur indice.
Par exemple, voici comment calculer la masse molaire de l'eau (H2O) :
Masse atomique (H) : 1,01 g/mol
Masse atomique (O) : 16,00 g/mol
$$2(1.01\frac{g}{mol})+16.00\frac{g}{mol}=18.02\frac{g}{mol}$$
Maintenant que nous savons comment calculer la masse molaire, travaillons sur un problème :
À l'aide de l'équation équilibrée ci-dessous, calcule combien de grammes de dioxyde de carbone (CO2) sont produits lorsque 54,6 g d'éthane (C2H6) sont brûlés avec suffisamment d'oxygène gazeux (O2) pour réagir.
$$2C_2H_6 + 7O_2 \arightarrow 4CO_2 + 6 H_2O$$$.
- Masse atomique (C) : 12,01 g/mol Masse atomique (H) : 1,01 g/mol
- Masse atomique (O) : 16,00 g/mol
Pour notre première étape, nous devons convertir les grammes d'éthane en moles. Pour ce faire, nous devons d'abord calculer la masse molaire du composé :
$$2(12.01\frac{g}{mol})+6(1.01\frac{g}{mol})=30.08\frac{g}{mol}$$
Ensuite, nous divisons la masse par la masse molaire, de sorte que les unités de grammes s'annulent et que nous nous retrouvons en unités de moles :
$$\frac{54.6\cancel{\,g}\,C_2H_6}{\frac{30.08\cancel{\,g}\,C_2H_6}{mol}}=1.82\,mol\,C_2H_6$$
Lorsque nous divisons par une fraction, cela revient à multiplier par la réciproque (l'inverse). Ainsi, lorsque nous divisons par n g/mol, cela revient à multiplier par mol/ n g.
Ensuite, nous multiplions par le rapport entre l'éthane et le dioxyde de carbone :
$$1.82\cancel{\,mol\,C_2H_6}*\frac{4\,mol\,CO_2}{2\cancel{\,mol\,C_2H_6}}=3.64\,mol\,CO_2$$
Il nous faut maintenant reconvertir en moles, pour cela, nous multiplions par la masse molaire. Mais d'abord, nous devons calculer la masse molaire duCO2:
$$12.01\frac{g}{mol}+2(16.00\frac{g}{mol})=44.01\frac{g}{mol}$$
Enfin, nous pouvons multiplier le nombre de moles par la masse molaire pour obtenir la quantité en grammes :
$$3.64\cancel{\,mol}\,CO_2*44.01\frac{g}{\cancel{mol}}\,CO_2=160.2\,g\,CO_2$$
Le réactif limitant
Dans nos calculs, nous n'avons reçu que la quantité d'un seul réactif, au lieu des deux. Dans cet exemple, nous supposons que nous avons suffisamment de notre deuxième réactif, mais ce n'est pas toujours le cas.
Dans les réactions, il y a souvent un réactif limitant, qui est consommé en premier. Ce réactif "limite" la quantité de produit qui peut être fabriquée.
Pour trouver le réactif limitant, tu résous le rendement (produit fabriqué) pour chaque réactif. Celui qui produit le moins est limitant.
Comment faire des calculs stœchiométriques ?
Maintenant que nous avons appris à faire ces calculs, voici un résumé de ces étapes.
Pour les calculs de mole à mole :
Fig.1-Les étapes des conversions de mole à mole.
Pour les calculs de masse à masse :
Fig.2 - Les étapes pour les conversions de masse à masse.
Calculs stœchiométriques - Principaux enseignements
- Lastœchiométrie est la relation entre la quantité de réactifs et de produits dans une réaction chimique
- Lescoefficients stœchiométriques sont les chiffres devant une espèce dans une équation chimique. Ces coefficients nous indiquent le rapport entre les réactifs et les produits
- Les étapes des conversions de mole à mole sont :
- Vérifie si l'équation est équilibrée
- Si elle n'est pas équilibrée, équilibre d'abord l'équation.
- Multiplie ta quantité de moles par le rapport stœchiométrique .
- Vérifie si l'équation est équilibrée
- Les étapes de conversion de masse en masse sont les suivantes
- Vérifie si l'équation est équilibrée
- Si elle n'est pas équilibrée, équilibre-la d'abord
- Convertir la masse de l'espèce en moles de l'espèce en divisant par la masse molaire.
- Utilise le rapport stœchiométrique pour convertir les moles d'une espèce en moles d'une autre espèce.
- Reconvertis les moles en masse en multipliant par la masse molaire.
- Vérifie si l'équation est équilibrée
- La masse molaire d'une espèce est la masse totale d'un élément ou d'un composé pour 1 mole.
- La masse molaire d'un composé est la somme des masses atomiques de chaque élément de ce composé multipliée par leur indice.
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