La Recette Chimique : Calculer les Quantités de Réactifs et de Produits !
Comme en cuisine, la chimie a ses propres recettes et proportions !
Lorsqu'on réalise une transformation chimique, les substances de départ (les réactifs) se transforment en de nouvelles substances (les produits). Tout comme un chef suit une recette avec des quantités précises d'ingrédients, les chimistes doivent connaître les bonnes proportions de réactifs pour obtenir la quantité désirée de produits. Un principe fondamental en chimie est la conservation de la masse : la masse totale des réactifs consommés est égale à la masse totale des produits formés. Dans cet exercice, nous allons explorer la réaction entre le fer et le soufre. 🔥🔬
L'Expérience de Synthèse du Sulfure de Fer
Schéma de la Synthèse du Sulfure de Fer
Schéma simplifié de la réaction de synthèse du sulfure de fer.
Questions à traiter
- Qu'est-ce qu'un réactif et un produit dans une transformation chimique ? Identifie-les dans la réaction de synthèse du sulfure de fer.
- La réaction est décrite par l'équation : Fer + Soufre \(\rightarrow\) Sulfure de fer.
- Écris cette équation en utilisant les symboles chimiques des éléments (Fe pour le fer, S pour le soufre) et du produit (FeS pour le sulfure de fer).
- Cette équation est-elle équilibrée en termes d'atomes ? (Compte les atomes de chaque type de part et d'autre de la flèche).
- Calcul des quantités :
- Les élèves utilisent \(14 \text{ g}\) de fer. D'après les proportions données (\(7 \text{ g}\) de fer pour \(4 \text{ g}\) de soufre), quelle masse de soufre est nécessaire pour faire réagir tout le fer ?
- Les élèves ont \(10 \text{ g}\) de soufre. Y a-t-il assez de soufre pour faire réagir les \(14 \text{ g}\) de fer ? Quel réactif sera entièrement consommé (le réactif limitant) ? Quel réactif sera en excès ?
- Quelle masse de sulfure de fer (\(\text{FeS}\)) sera formée ?
- Quelle masse du réactif en excès restera-t-il à la fin de la réaction ?
- Vérification de la conservation de la masse :
- Quelle est la masse totale des réactifs qui ont effectivement réagi ?
- Compare cette masse à la masse de sulfure de fer formée. Que constates-tu ? Quel principe cela illustre-t-il ?
- Si les élèves voulaient produire exactement \(33 \text{ g}\) de sulfure de fer, quelles masses de fer et de soufre devraient-ils utiliser, en supposant que la réaction se fait dans les bonnes proportions et sans pertes ?
Correction : La Recette Chimique
Question 1 : Réactifs et produits
Réponse :
Un réactif est une substance présente au début d'une transformation chimique et qui est consommée (transformée) pendant la réaction.
Un produit est une nouvelle substance formée au cours d'une transformation chimique.
Dans la synthèse du sulfure de fer :
- Les réactifs sont le fer (Fe) et le soufre (S).
- Le produit est le sulfure de fer (FeS).
Question 2 : Équation de la réaction
Réponse a) Équation avec symboles :
L'équation de la réaction avec les symboles chimiques est :
Réponse b) Équilibre de l'équation :
Pour vérifier si l'équation est équilibrée, on compte les atomes de chaque élément de part et d'autre de la flèche :
- Côté réactifs : 1 atome de Fer (Fe), 1 atome de Soufre (S).
- Côté produits : 1 atome de Fer (Fe), 1 atome de Soufre (S).
Le nombre d'atomes de chaque type est le même des deux côtés. L'équation est donc équilibrée.
Question 3 : Calcul des quantités
Réponse a) Masse de soufre nécessaire pour \(14 \text{ g}\) de fer :
Les proportions données sont : \(7 \text{ g}\) de Fe réagissent avec \(4 \text{ g}\) de S.
Les élèves utilisent \(14 \text{ g}\) de fer, ce qui est \(14 \text{ g} / 7 \text{ g} = 2\) fois la quantité de référence.
Donc, la masse de soufre nécessaire sera aussi \(2\) fois la quantité de référence :
Il faut \(8 \text{ g}\) de soufre pour faire réagir \(14 \text{ g}\) de fer.
Réponse b) Réactif limitant et en excès :
Les élèves ont \(10 \text{ g}\) de soufre. Ils ont besoin de \(8 \text{ g}\) de soufre pour réagir avec tout le fer.
Comme \(10 \text{ g}\) (disponible) > \(8 \text{ g}\) (nécessaire), il y a assez de soufre.
Le fer (Fe) sera entièrement consommé : c'est le réactif limitant.
Le soufre (S) sera en excès.
Réponse c) Masse de sulfure de fer (\(\text{FeS}\)) formée :
La quantité de produit formé dépend du réactif limitant. Ici, tout le fer (\(14 \text{ g}\)) va réagir.
On sait que \(7 \text{ g}\) de Fe forment \(11 \text{ g}\) de FeS. Puisque nous avons \(2\) fois plus de fer (\(14 \text{ g}\)), nous formerons \(2\) fois plus de FeS :
Il se formera \(22 \text{ g}\) de sulfure de fer.
Réponse d) Masse du réactif en excès restant :
Masse de soufre disponible = \(10 \text{ g}\).
Masse de soufre ayant réagi = \(8 \text{ g}\).
Il restera \(2 \text{ g}\) de soufre non réagi.
Quiz Intermédiaire 1 : Le réactif limitant est celui qui :
Question 4 : Conservation de la masse
Réponse a) Masse totale des réactifs ayant réagi :
Les réactifs qui ont effectivement réagi sont les \(14 \text{ g}\) de fer (totalité) et \(8 \text{ g}\) de soufre.
La masse totale des réactifs ayant réagi est de \(22 \text{ g}\).
Réponse b) Comparaison et principe :
Masse de sulfure de fer formée = \(22 \text{ g}\).
On constate que la masse totale des réactifs ayant réagi (\(22 \text{ g}\)) est égale à la masse du produit formé (\(22 \text{ g}\)).
Cela illustre le principe de la conservation de la masse lors d'une transformation chimique : la masse totale se conserve, rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme.
Question 5 : Produire \(33 \text{ g}\) de sulfure de fer
Réponse :
On sait que pour former \(11 \text{ g}\) de FeS, il faut \(7 \text{ g}\) de Fe et \(4 \text{ g}\) de S.
On veut produire \(33 \text{ g}\) de FeS. C'est \(33 \text{ g} / 11 \text{ g} = 3\) fois plus que dans la proportion de référence.
Il faudra donc 3 fois plus de chaque réactif :
Pour produire \(33 \text{ g}\) de sulfure de fer, il faudrait utiliser \(21 \text{ g}\) de fer et \(12 \text{ g}\) de soufre.
Quiz Intermédiaire 2 : Si \(2 \text{ g}\) de A réagissent avec \(3 \text{ g}\) de B pour donner \(5 \text{ g}\) de C. Si on met \(4 \text{ g}\) de A avec \(10 \text{ g}\) de B, combien de C obtiendra-t-on ?
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
1. Dans une réaction chimique, les substances qui disparaissent sont appelées :
2. La loi de conservation de la masse stipule que :
3. Si \(5 \text{ g}\) de carbone réagissent avec du dioxygène pour former \(18,3 \text{ g}\) de dioxyde de carbone, quelle masse de dioxygène a réagi ?
Glossaire de la Réaction Chimique
- Transformation Chimique
- Processus au cours duquel des substances (réactifs) se transforment en de nouvelles substances (produits) avec des propriétés différentes. Les atomes sont réarrangés.
- Réactif
- Substance présente au début d'une transformation chimique et qui est consommée ou transformée.
- Produit
- Nouvelle substance formée au cours d'une transformation chimique.
- Équation Chimique
- Représentation symbolique d'une transformation chimique, montrant les réactifs à gauche d'une flèche et les produits à droite.
- Équilibrer une équation chimique
- S'assurer que le nombre d'atomes de chaque élément est le même du côté des réactifs et du côté des produits, respectant ainsi la conservation de la matière.
- Conservation de la Masse
- Principe selon lequel, lors d'une transformation chimique dans un système fermé, la masse totale des réactifs consommés est égale à la masse totale des produits formés. "Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme."
- Réactif Limitant
- Réactif qui est entièrement consommé en premier lors d'une réaction chimique et qui détermine donc la quantité maximale de produit qui peut être formé.
- Réactif en Excès
- Réactif qui n'est pas entièrement consommé à la fin de la réaction car il y en avait plus que nécessaire par rapport au réactif limitant.
- Masse (\(m\))
- Quantité de matière d'un objet. Unité courante : gramme (\(\text{g}\)).
- Gramme (\(\text{g}\))
- Unité de mesure de la masse.
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