Chapitre 4 : Stœchiométriecours-examens.org/images/An_2013_2/Etude_superieure/TCT/CHIMI… · Objectifs du chapitre Être en mesure de réaliser les calculs stœchiométrique sur

Chapitre 4 :Stœchiométrie

GCI 190 - ChimieHiver 2009

© Hubert Cabana, 2010

Contenu

1. Les réactions chimiques et les équations : la

stœchiométrie;

2. Réactifs, produits et rendement.

© Hubert Cabana, 2010 2

Objectifs du chapitre

� Être en mesure de réaliser les calculs stœchiométrique sur une base molaire et massique.

� Se familiariser avec les concepts de réactif, produit et rendement.


Lectures recommandées

� Chang et Papillon (2009)

� Chapitre 3

• pp. 100-126


Rappel : masse moléculaire

� La masse moléculaire c’est la somme des masse atomiques des atomes qui forment une molécule.

Ex : Molécule d’eau (H2O) Ex : Molécule d’eau (H2O)


)(*1)(*2 Ol' de atomique masseH de atomique masse +

uma uma uma 02.18)00.16(*1)008.1(*2 =+

5

Rappel : masse molaire

� La masse molaire (en grammes) d’un composé a une valeur numérique égale à sa masse moléculaire (en uma)

� Par exemple : 1 mole d’eau pèse 18.02 g6.022 * 1023 molécules d’eau pèsent 18.02 g


Rappel : Composition centésimale

� La composition centésimale est le pourcentage, en masse, de chaque élément contenu dans un composé

%100××

=élémentl' de molaire masse

élément und' ecentésimal ncomposition

� Il est possible d’utiliser cette approche pour déterminer la formule empirique d’une composé


%100××

=composé du molaire masse

élémentl' de molaire masseélément und' ecentésimal ncompositio

n

7

Réactions chimiques

� Ces sont des interaction chimique entre atomes et/ou molécules qui résultent en la production de produits de réactions

� Une équation chimique utilise des symboles chimiques pour indiquer ce qui se produit lors d’une réaction chimique



OHOH 222 →+Réactifs Produit


…Réagit avec… Pour former…

« Rien ne se perd, rien ne se crée, mais tout se transforme »…

Il est impératif d’équilibrer cette expression

9


OHOH 222 22 →+2 molécules2 moles2*(2.02 g) = 4.04g

1 molécule1 mole32.00 g

2 molécules2 moles2*(18.02 g) = 36.04g2*(2.02 g) = 4.04g 32.00 g 2*(18.02 g) = 36.04g

la stœchiométrie est le calcul des relations quantitatives entre réactifs et produits au cours d'une réaction chimique.

+

10© Hubert Cabana, 2010

Symboles utilisés

© Hubert Cabana, 2010 Malone et Dolter (2010)11

Production d’ammoniac… les différentes relations stœchiométriques existantes

N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

1 molécule + 3 molécules → 2 molécules

12 molécules + 36 molécules → 24 molécules12 molécules + 36 molécules → 24 molécules

6.022 * 1023 molécules + 18.1 * 1023 molécules → 12.0 * 1023 molécules

1 mol + 3 mol → 2 mol

28 g + 6 g → 34 g


Relations stœchiométriques






Équilibrage des équations chimiques

� Le nombre de chacun des atomes doit être le même de chaque côté de l’équation

1. Identifier les réactifs/produits et écrire leurs formules de chaque côté de la flèche

Équilibrer les expressions en faisant varier les coefficients devant 2. Équilibrer les expressions en faisant varier les coefficients devant les composés :

• Pour les éléments apparaissant 1 seule fois de chaque côté, les coefficients doivent être les mêmes;

• Pour les éléments apparaissant 1 seule fois de chaque côté, mais avec des nombres différents d’atomes, équilibrer ces éléments;

• Finalement, équilibrer les éléments qui apparaissent dans 2 ou plusieurs formules situées d’un même côté de la flèche.

3. Valider qu’il y ait autant d’atomes de chaque côté pour chaque élément.


Équilibrage des équations chimiques – la méthode algébrique

1. Attribuer des coefficients algébriques aux formules

2. Application de la loi de conservation de la masse

4342442POHIPHOHPIP +→++

4342442POeHIdPHOcHbPIaP +→++

2. Application de la loi de conservation de la masse


(4)

(3)

(2)

(1)

e O:c

edcH:

daI

edbaP

4

342

4:

42:

=

+=

=

+=+


3. Résolution du système d’équation par substitutions successives� Dans (1) remplaçons d par sa valeur dans (2)

eab

eaba

edba

+=

+=+

+=+

24

442

42

� Dans (3) remplaçons c par sa valeur dans (4)


eab += 24

de

ede

edc

45

348

342

=

+=

+=


4. Ayant les expressions suivantes

de

da

eab

45

4

24

=

=

+=

5. Posons une valeur arbitrale de a=1


ec 4=

( )10/13

4

5162

24

5/644

5/1645

44

=+

=⇒+=

==

=⇒=

==

=

beab

ec

ede

da

1a posons


40

128

13

10

=

=

=

=

d

c

b

a


434244232401281310 POHIPHOHPIP +→++

32

40

=

=

e

d

Calcul des quantités de réactifs et de produits : les ratios molaires

� Si l’on connaît les quantités de réactifs impliquées, est-il possible des déterminer la quantité de produits formés?

� Quelles quantités de réactifs doit-on utiliser pour former une quantité donnée de produits?



� Les relations clés permettant de répondre (éventuellement) à ces question reposent sur les ratios molaires existants entre les réactifs et les produits

� Par exemple :

� 1 mol de N2 produit 2 mol de NH3

� La production de 2 mol de NH3 nécessite 1 mol de N2


N2 (g) + 3H2 (g) → 2NH3 (g)

2

3

3

2

N mol 1

NH mol 2

NH mol 2

N mol 1ou

22


� Procédure

1. Écrire l’équation chimique équilibrée;2. Convertir les quantités connues en moles;3. Utiliser les coefficients pour calculer les ratios 3. Utiliser les coefficients pour calculer les ratios

molaires recherchés;4. À l’aide des ratios molaires déterminer les

inconnus du problème;5. Convertir, si nécessaire, le nombre de moles

obtenues en unité massique.


En résumé…


Malone et Dolter (2010)

24

Le(s) réactif(s) limitant(s)

� Lors de synthèses chimiques, les réactifs utilisés ne sont habituellement pas présents en quantités stœchiométrique

� Le réactif qui sera le premier entièrement utilisé est le réactif limitant la quantité de produits formés� Les autres réactifs dont la quantité dépasse celle requise

pour réagir avec la quantité de réactif limitant présent sont les réactifs en excès.





� Procédure :

1. Écrire l’équation équilibrée;2. Convertir les données massiques sous forme

molaire;

© Hubert Cabana, 2010 Malone et Dolter (2010)

molaire;3. Déterminer la quantité de produit formé

théoriquement par chaque réactif en utilisant les ratios molaires;

� Le réactif formant théoriquement le moins de produit est le réactif limitant la réaction.

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Le rendement d’une réaction

� Jusqu’à présent, nous avons assumé que la totalité des réactifs limitant impliqués était consommée lors de la réaction chimique� Toutefois, ceci est rarement le cas!

� Limitations associées : � Cinétique;� Thermodynamique;� Empoisonnement du catalyseur;� Etc.


Les rendements

� Le rendement théorique d’une réaction correspond à la quantité de produit formé en supposant que tout le réactif limitant a été consommé;

� Le rendement réel est, quant à lui, la quantité réellement obtenue de produit à la fin d’une réaction chimique.


Le pourcentage de rendement

� Le pourcentage de rendement peut varier entre < 1% jusqu’à 100%

%100×=ThéoriqueRendement

réelRendement rendement de ePourcentag

jusqu’à 100%

� Optimisation des procédés pour augmenter le pourcentage de rendement• Conditions du milieu (T°, P, etc.)• Catalyseur• Excès• Etc.


En résumé…

� Les réactions chimiques sont représentées par une notation symbolique� Réactifs� Produits� Énergie ajoutée, catalyseurs, etc.

� Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme!� Les équations doivent être équilibrées

� La production de produits à partir de réactifs se fait selon des relations molaires;


En résumé…

� À partir de ces relations molaires, il est possible d’obtenir les quantités massiques impliquées;

� Les réactions peuvent être limitées par un des � Les réactions peuvent être limitées par un des réactifs : il s’agit du réactif limitant;

� Dans la vraie vie, la totalité du réactif limitant n’est pas consommée, ce qui a un impact sur le rendement de la réaction.


Exercices suggérés

� Chang et Papillon (2009)

� Chapitre 3 : 3-43, 3-59, 3-65, 3-69, 3-83, 3-92


Documents

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