Synthèse de l’aluminate de calcium

L'équation de la réaction est la combinaison de l'oxyde de calcium et de l'oxyde d'aluminium pour former l'aluminate tricalcique.

Somme des masses molaires atomiques.

Données :
\(M(Ca) = 40.1 \text{ g/mol}\)
\(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

Somme des masses molaires atomiques.

Données :
\(M(Al) = 27.0 \text{ g/mol}\)
\(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

Somme des masses molaires atomiques.

Données :
\(M(Ca) = 40.1 \text{ g/mol}\)
\(M(Al) = 27.0 \text{ g/mol}\)
\(M(O) = 16.0 \text{ g/mol}\)

On utilise la formule \(n = m/M\).

Données :
\(m_{CaO} = 100.0 \text{ g}\)
\(M(CaO) = 56.1 \text{ g/mol}\)

On utilise la formule \(n = m/M\).

Données :
\(m_{Al_2O_3} = 150.0 \text{ g}\)
\(M(Al_2O_3) = 102.0 \text{ g/mol}\)

On compare les rapports (quantité de matière initiale / coefficient stœchiométrique) pour chaque réactif. L'équation est \(3 \text{CaO} + \text{Al}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Ca}_3\text{Al}_2\text{O}_6\).

Données :
\(n_{CaO, initial} \approx 1.7825 \text{ mol}\) (coeff. stœchio. = 3)
\(n_{Al_2O_3, initial} \approx 1.4706 \text{ mol}\) (coeff. stœchio. = 1)

Pour CaO :

Pour Al\(_2\)O\(_3\) :

Puisque \(0.5942 < 1.4706\), le rapport pour CaO est le plus petit.

Le réactif limitant (CaO) détermine la quantité maximale de produit formé. L'avancement maximal \(x_{max}\) est égal au rapport \(n_{CaO, initial}/3\). La quantité de Ca\(_3\)Al\(_2\)O\(_6\) formée est \(1 \times x_{max}\).

Données :
\(x_{max} \approx 0.5942 \text{ mol}\)
\(M(Ca_3Al_2O_6) = 270.3 \text{ g/mol}\)

Quantité de matière théorique de Ca\(_3\)Al\(_2\)O\(_6\) :

Masse théorique de Ca\(_3\)Al\(_2\)O\(_6\) :

Le rendement est le rapport de la masse obtenue expérimentalement sur la masse théorique.

Données :
\(m_{exp} = 205.0 \text{ g}\)
\(m_{theorique} \approx 160.59 \text{ g}\)

Un rendement supérieur à 100% est physiquement impossible si le produit est pur et que la réaction est bien celle attendue. Cela indique généralement des erreurs expérimentales : le produit obtenu n'est pas pur (contient des réactifs n'ayant pas réagi, des sous-produits, ou de l'humidité), ou il y a eu une erreur de pesée. Dans ce cas, la masse expérimentale donnée est probablement trop élevée ou les masses de réactifs sont sous-estimées pour un tel rendement.

Pour la suite de l'exercice, nous allons supposer qu'il y a eu une erreur dans la donnée de la masse expérimentale et que, par exemple, la masse obtenue était plutôt de 130.0 g pour illustrer un rendement plus réaliste.

Recalcul avec une masse expérimentale supposée de 130.0 g :

Réponses Correctes :

Question 1 : c) L'oxyde de calcium (chaux vive).

Question 2 : b) H\(_2\) (Rapport N\(_2\): 1/1=1. Rapport H\(_2\): 2/3 \(\approx\) 0.67. H\(_2\) est limitant).

Question 3 : b) La masse de produit obtenue est 80% de la masse théorique.

Question 4 : b) D'une mole de substance.

Aluminate de Calcium :

Famille de composés formés à partir d'oxydes de calcium et d'aluminium, importants dans les ciments.

Oxyde de Calcium (CaO) :

Aussi appelé chaux vive, c'est un composé ionique blanc.

Oxyde d'Aluminium (Al\(_2\)O\(_3\)) :

Aussi appelé alumine, c'est un composé céramique très dur.

Synthèse Chimique :

Formation d'un composé chimique à partir de réactifs plus simples.

Masse Molaire (M) :

Masse d'une mole d'une substance (en g/mol).

Quantité de Matière (n) :

Nombre de moles d'une substance (en mol).

Réactif Limitant :

Réactif qui est entièrement consommé en premier et qui détermine la quantité maximale de produit formé.

Masse Théorique :

Masse maximale de produit qui pourrait être obtenue si la réaction était totale et sans pertes, basée sur le réactif limitant.

Rendement (\(\eta\)) :

Rapport (souvent en pourcentage) entre la masse de produit réellement obtenue et la masse théorique.