Calcul des quantités de réactifs et de produits
Comprendre le Calcul des quantités de réactifs et de produits
Dans le cadre de notre étude des réactions chimiques, nous allons explorer une réaction qui produit un dégagement de gaz. La réaction entre le vinaigre (acide acétique) et le bicarbonate de soude (bicarbonate de sodium) est bien connue pour produire du dioxyde de carbone (CO₂), de l’eau et de l’acétate de sodium. Cet exercice permettra de comprendre le calcul des quantités de réactifs et de produits dans une réaction chimique simple.
Données :
- Masse molaire du bicarbonate de sodium (NaHCO₃) : 84 g/mol
- Masse molaire de l’acide acétique (CH₃COOH) : 60 g/mol
- Masse molaire du dioxyde de carbone (CO₂) : 44 g/mol
- Volume de vinaigre utilisé : 50 mL
- Concentration de l’acide acétique dans le vinaigre : 1 M (1 mol/L)
- Équation de la réaction : \(NaHCO_3 + CH_3COOH \rightarrow CO_2 + H_2O + NaCH_3COO\)
Questions :
1. Calculer la quantité de matière d’acide acétique dans 50 mL de vinaigre.
2. Si vous utilisez 10 g de bicarbonate de soude, déterminer la quantité de matière de bicarbonate de soude.
3. Identifier le réactif limitant.
4. Calculer la quantité de dioxyde de carbone qui sera produite, en supposant que la réaction se déroule complètement.
5. Déterminer la masse de dioxyde de carbone qui sera produite.
Correction : Calcul des quantités de réactifs et de produits
1. Calcul de la quantité de matière d’acide acétique
Une concentration de 1 M signifie que chaque litre de solution contient exactement 1 mole d’acide acétique. Si on n’utilise pas un litre entier mais seulement une partie, on n’aura qu’une partie de cette mole. Ici, nous prenons 50 mL, soit un vingtième de litre. Donc, on va calculer la fraction de mole correspondante.
Formule :
\[ n(\text{CH3COOH}) = C \times V \]
Données :
• Concentration : \(C = 1{,}0\,\mathrm{mol/L}\) (chaque litre contient 1 mole).• Volume : \(V = 50\,\mathrm{mL} = 0{,}050\,\mathrm{L}\) (conversion de mL en L).
Calcul :
\[ n = 1{,}0 \times 0{,}050 \] \[ n = 0{,}050\,\mathrm{mol} \]Interprétation :
Lorsque tu verses 50 mL de vinaigre, tu apportes l’équivalent de 0,050 mole d’acide. C’est la quantité de molécules d’acide acétique présentes dans ce volume.2. Calcul de la quantité de matière de bicarbonate de soude
Une mole de bicarbonate de soude pèse 84 g. Si tu prends moins ou plus de cette valeur, tu dois calculer la proportion. C’est comme si tu sais qu’un sac de 84 g contient 1 portion et tu veux connaître le nombre de portions dans tes 10 g.Formule :
\[ n(\text{NaHCO3}) = \frac{m}{M} \]Données :
• Masse : \(m = 10\,\mathrm{g}\).• Masse molaire : \(M = 84\,\mathrm{g/mol}\) (poids de 1 mole).
Calcul :
\[ n = \frac{10}{84} \] \[ n \approx 0{,}1190\,\mathrm{mol} \]Interprétation :
10 g de bicarbonate représentent environ 0,119 mole. C’est le nombre de molécules de bicarbonate disponibles pour réagir.3. Identification du réactif limitant
La réaction chimique nécessite 1 mole d’acide pour réagir avec 1 mole de bicarbonate. Nous comparons donc nos quantités :- Acide acétique disponible : 0,050 mole
- Bicarbonate disponible : 0,119 mole
Pour consommer tout le bicarbonate, il faudrait 0,119 mol d’acide, mais nous n’en avons que 0,050 mol. L’acide acétique sera donc épuisé avant le bicarbonate. À partir du moment où l’acide disparait, la réaction ne peut plus avancer.
Conclusion :
L’acide acétique est le réactif limitant.4. Quantité de dioxyde de carbone produite
Selon l’équation, chaque mole d’acide consommée produit 1 mole de CO₂. Comme l’acide est limitant, on utilise sa quantité pour calculer le gaz produit.Formule :
\[ n(\text{CO2}) = n_{\text{lim}}(\text{CH3COOH}) \]Donnée limitante :
Calcul :
\[ n(\text{CO2}) = 0{,}050\,\mathrm{mol} \]Interprétation :
La réaction va produire exactement 0,050 mole de CO₂, soit le même nombre de « paquets » que d’acide consommé.5. Masse de dioxyde de carbone produite
Une mole de CO₂ pèse 44 g. Si on produit moins d’une mole, la masse sera proportionnelle.Formule :
\[ m(\text{CO2}) = n(\text{CO2}) \times M_{\text{CO2}} \]Données :
• Quantité de CO₂ : 0,050 mol.• Masse molaire du CO₂ : 44 g/mol.
Calcul :
\[ m(\text{CO2}) = 0{,}050 \times 44 \] \[ m = 2{,}2\,\mathrm{g} \]Interprétation :
La réaction va libérer 2,2 grammes de dioxyde de carbone, une quantité mesurable et visible lors de l’expérience.Calcul des quantités de réactifs et de produits
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