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Chap : CHIMIE MINERALE Fiche n° 6 CALCULS MOLAIRES par REACTION (2)
FICHE de COURS / EXERCICE 1 : Calculs des proportions dans une réaction chimique
Combustion du gaz méthane
(BEP Industriel Paris Créteil Versailles 2003)
La molécule de méthane est : CH
4
.
C’est le gaz de ville classique. (product France-Algérie-Russie)
Le méthane brûle dans le di-oxygène O
2
en formant
du dioxyde de carbone CO
2
et de l'eau H
2
O
On donne les masse molaires suivantes : C = 12 g.mol
-1
O = 16 g.mol
-1
H = 1 g.mol
-1
1. Quel sont les éléments constituant le méthane ? 4 atomes d’hydrogène (H) et 1 atome de carbone (C)
2. Quels sont les produits ? le dioxyde de carbone CO
2
et la vapeur d'eau H
2
O
3. Quels sont les réactifs ? le gaz méthane (CH
4
) et le di-oxygène O
2
4. Equilibrer la réaction de combustion. 1 CH
4
+ 2 O
2
→ 1 CO
2
+ 2 H
2
O
5. Calculer la masse molaire du méthane. M (CH
4
) = 1×M(C) + 4×M(H) = 1×12 + 4×1 = 16 g.mol
-1
6. Calculer la masse molaire du di- oxygène. M (O
2
) = 2×M(O) = 2×16 = 32 g.mol
-1
7. On veut brûler 32 g de méthane. Combien cela fait-il de moles ?
On utilise la formule : n = m
M soit ici : n = 32 16 = 2 moles de méthane.
8. Combien de moles de CO
2
va t-on obtenir avec ces 32 g de méthane. ?
D’après la question précédente, on sait que 32 g de méthane correspond à 2 moles de méthane,
Equation bilan 1 mole de CH
4
1 moles de CO
2
Question posée 2 moles de CH
4
x
On utilise l’équation bilan et on fait une proportion : 1
2 = 1 x soit 1.x = 2×1 soit x = 2
Conclusion : en brûlant 2 moles de méthane, on obtient 2 moles de dioxyde de carbone.
9. Quelle masse de CO
2
va t-on obtenir en brûlant ces 32 g de méthane ?
On calcule : M (CO
2
) = 1×M(C) + 2×M(O) = 1×12 + 2×16 = 12 + 32 = 44 g.mol
-1
On utilise la formule : n = m
M soit ici : m = n×M = 2×44 = 88 grammes de CO
2
.

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10. On veut obtenir 2 litres d'eau, combien de mole cela représente t-il ? 2 litres = 2kg eau = 2 000 g d’eau
On calcule : M (H
2
O) = 2×M(H) + 1×M(O) = 2×1 + 1×16 = 2 + 16 = 18 g.mol
-1
On utilise la formule : n = m
M soit ici : n = 2000 18 = 111,11 moles d’eau (sous forme de vapeur).
11. Quelle masse de méthane faut-il brûler pour obtenir ces 2 litres d’eau ?
D’après la question précédente, on sait que 2 litres d’eau correspondent à 111,11 moles de H
2
O,
Equation bilan 1 mole de CH
4
2 moles de H
2
O
Question posée x 111,11 moles de CH
4
On utilise l’équation bilan : 1
x = 2 111,11 soit 2.x = 111,11 soit x = 111,11 2 = 55,55 moles de CH
4
• Conclusion 1: en brûlant 55,55 moles de méthane, on obtient 111,11 moles d’eau.
• De plus, en utilisant la formule : n = m
M soit ici : m = n
(CH
4
) ×M (CH
4
)
n = 55,55×16 = 888,8 grammes de CH
4
.
• Conclusion 2: pour obtenir 2 litres d’eau, il faut brûler 888,88 grammes de CH
4
.
FICHE de COURS / EXERCICE 2 : Calculs des proportions dans une réaction chimique
Combustion du gaz butane
(BEP Industriel Marseille 2002)
Le butane, gaz de camping, noté C
4
H
10
brûle dans le
dioxygene de l’air O
2
pour former du dioxyde de
carbone CO
2
et de la vapeur d'eau H
2
O.
On donne les masse molaires suivantes :
C = 12 g.mol
-1
O = 16 g.mol
-1
H = 1 g.mol
-1
1. Quels sont les produits ? Quels sont les réactifs ? Les réactifs sont : le butane, C
4
H
10
et le
di-oxygene de l’air O
2
. Les produits sont le dioxyde de carbone CO
2
et la vapeur d'eau H
2
O.
2. Equilibrer l'équation : 2 C
4
H
10
+ 13 O
2
→
→→
→ 8 CO
2
+ 10 H
2
O
3. Calculer la masse molaire du butane.
M (C
4
H
10
) = 4×M(C) + 10×M(H) = 4×12 + 10×1 = 48 + 10 = 58 g.mol
-1
4. Calculer la masse molaire du dioxyde de carbone.
M (CO
2
) = 1×M(C) + 2×M(O) = 1×12 + 2×16 = 12 + 32 = 44 g.mol
-1

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5. Calculer la masse molaire de l'eau.
M (H
2
O) = 2×M(H) + 1×M(O) = 2×1 + 1×16 = 2 + 16 = 18 g.mol
-1
6. On brûle 1 kg de butane. Combien de moles cela représente t-il ? 1 kg C
4
H
10
= 1 000 g de C
4
H
10
On utilise la formule : n = m
M soit ici : n = 1000 58 = 17,24 moles de C
4
H
10
7. Calculer la masse de di-oxygene nécessaire à l'obtention de 1kg de butane.
D’après la question précédente, on sait que 1 kg C
4
H
10
correspond à 17,24 moles de C
4
H
10
Equation bilan 2 mole de C
4
H
10
13 moles de O
2
Question posée 17,24 moles de C
4
H
10
x
On utilise l’équation bilan : 2
17,24 = 13 x soit 2.x = 13×17,24 soit x = 224,13 2 = 112,06 moles de O
2
• Conclusion 1: en brûlant 17,24 moles de C
4
H
10
, on obtient 112,06 moles de O
2
.
• Or, en chimie, le volume molaire d'une substance est le volume occupé par une mole de cette substance
• De plus, en utilisant la formule : V
m
= V
n soit ici : V
m
= n (O
2
) ×V= 112,06 × 22,4 = 2510,14 litres
• Conclusion 2: quand on brûle 1 kg de butane, on utilise environ 2510,14 litres de O
2
.
FICHE de COURS / EXERCICE 3 : Calculs des proportions dans une réaction chimique
Combustion de l’alcool éthanol.
(BEP Industriel Strasbourg 2004)
On donne la formule brute de l'éthanol : C
2
H
6
O
C’est la molécule utilisée pour faire les alcools de table
On donne les masse molaires suivantes :
C=12 g.mol
-1
O=16 g.mol
-1
H=1 g.mol
-1
1. Donner le nom et les symboles des atomes qui composent ce corps.
• 6 atomes d’hydrogène (H) , 2 atomes de carbone (C) et 1 atome d’oxygène (O)
2. Quel est le nombre total d'atomes composant la molécule d'éthanol ? 9 atomes
3. Calculer la masse molaire de l'éthanol. M (C
2
H
6
O) = 2×M(C) + 6×M(H) + 1×M(H)
soit : M (C
2
H
6
O) = 2×12 + 6×1 + 1×16 = 24 + 6 + 16 = 46 g.mol
-1

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4. Calculer la masse molaire du gaz carbonique.
M (CO
2
) = 1×M(C) + 2×M(O) = 1×12 + 2×16 = 12 + 32 = 44 g.mol
-1
5. Calculer la masse molaire de l’eau. M (H
2
O) = 2×M(H) + 1×M(O) = 2×1 + 1×16 = 2 + 16 = 18 g.mol
-1
6. Donner le nombre de moles contenues dans 1kg d'éthanol. 1 kg C
2
H
6
O = 1 000 g de C
2
H
6
O
On utilise la formule : n = m
M soit ici : n = 1000 46 = 21,74 moles de C
2
H
6
O
7. Calculer le pourcentage en masse de chaque élément entrant dans la constitution de l'éthanol.
• le pourcentage de carbone (C) est égal à : 2×M(C)
M(C
2
H
6
O) ×100 = 24 46 ×100 = 52,17 %
• le pourcentage de carbone (H) est égal à : 6×M(H)
M(C
2
H
6
O) ×100 = 6 46 ×100 = 13,05 %
• le pourcentage de carbone (O) est égal à : 1×M(O)
M(C
2
H
6
O) ×100 = 16 46 ×100 = 34,78 %
(on peut vérifier que la somme des 3 pourcentages fait bien 100 %)
8. Equilibrer la reaction 2 C
2
H
6
O + 6 0
2
→
→→
→ 4 CO
2
+ 6 H
2
O
9. Si on veut obtenir 78g d'eau, combien d'éthanol faut-il brûler par cette réaction ?
On sait que 78g de H
2
O correspondent à : n = m
M = 78 18 = 4,33 moles de H
2
O
Equation bilan 2 mole de C
2
H
6
O 6 moles de H
2
O
Question posée x 4,33 moles de H
2
O
On utilise l’équation bilan : 2
x = 6 4,33 soit 4,33×2 = 6x soit x = 4,33×2 6 = 1,44 moles de C
2
H
6
O
• Conclusion 1: pour obtenir 78g de H
2
O , il faut brûler 1,44 moles de C
2
H
6
O.
• De plus, en utilisant la formule : n = m
M soit ici : m = n
(C
2
H
6
O) × M (C
2
H
6
O)
n = 1,44 ×46 = 66,39 g de C
2
H
6
O
• Conclusion 2: pour obtenir 78g de H
2
O, il faut brûler 66,39 g de C
2
H
6
O soit très peu ….
10. Si on brûle 78g d'éthanol, quelle masse d'eau allons nous produire ?
On sait que 78g de C
2
H
6
O correspondent à : n = m
M = 78 46 = 1,69 moles de C
2
H
6
O
Equation bilan 2 mole de C
2
H
6
O 6 moles de H
2
O
Question posée 1,69 moles de C
2
H
6
O x
On utilise l’équation bilan : 2
1,69 = 6 x soit 2×x = 6×1,69 soit x = 6×1,69 2 = 5,07 moles de H
2
O
• Conclusion 1: si on brûle 78g de C
2
H
6
O, on va obtenir 5,07 moles de H
2
O.
• De plus, en utilisant la formule : n = m
M soit ici : m = n
(H
2
O) × M (H
2
O)
n = 5,07 ×18 = 91,26 g de H
2
O
• Conclusion 2: si on brûle 78g de C
2
H
6
O, on va obtenir 91,26 g de H
2
O.