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Chap : CHIMIE MINERALE
FICHE de COURS / EXERCICE 1
Fiche n° 6
CALCULS MOLAIRES par REACTION (2)
: Calculs des proportions dans une réaction chimique
Combustion du gaz méthane
(BEP Industriel Paris Créteil Versailles 2003)
La molécule de méthane est : CH4.
C’est le gaz de ville classique. (product France-Algérie-Russie)
Le méthane brûle dans le di-oxygène O2 en formant
du dioxyde de carbone CO2 et de l'eau H2O
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 CO2 et la vapeur d'eau H2O
3. Quels sont les réactifs ? le gaz méthane (CH4) et le di-oxygène O2
4. Equilibrer la réaction de combustion.
5.
1 CH4 + 2 O2
→ 1 CO2 + 2 H2O
Calculer la masse molaire du méthane. M (CH4) = 1×M(C) + 4×M(H) = 1×12 + 4×1 = 16 g.mol-1
6. Calculer la masse molaire du di- oxygène. M (O2) = 2×M(O) = 2×16 = 32 g.mol-1
7. On veut brûler 32 g de méthane. Combien cela fait-il de moles ?
m
32
On utilise la formule : n =
soit ici : n =
= 2 moles de méthane.
M
16
8. Combien de moles de CO2 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 CH4 1 moles de CO2
Question posée 2 moles de CH4
x
1
1
On utilise l’équation bilan et on fait une proportion :
=
soit 1.x = 2×1 soit x = 2
2
x
Conclusion : en brûlant 2 moles de méthane, on obtient 2 moles de dioxyde de carbone.
9. Quelle masse de CO2 va t-on obtenir en brûlant ces 32 g de méthane ?
On calcule : M (CO2) = 1×M(C) + 2×M(O) = 1×12 + 2×16 = 12 + 32 = 44 g.mol-1
m
On utilise la formule : n =
soit ici : m = n×M = 2×44 = 88 grammes de CO2.
M
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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 (H2O) = 2×M(H) + 1×M(O) = 2×1 + 1×16 = 2 + 16 = 18 g.mol-1
m
2000
On utilise la formule : n =
soit ici : n =
= 111,11 moles d’eau (sous forme de vapeur).
18
M
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 H2O,
Equation bilan 1 mole de CH4
2 moles de H2O
Question posée
x
111,11 moles de CH4
1
2
111,11
=
soit 2.x = 111,11 soit x =
= 55,55 moles de CH4
x
111,11
2
• Conclusion 1: en brûlant 55,55 moles de méthane, on obtient 111,11 moles d’eau.
m
• De plus, en utilisant la formule :
n=
soit ici : m = n (CH4) ×M (CH4)
M
n = 55,55×16 = 888,8 grammes de CH4.
• Conclusion 2: pour obtenir 2 litres d’eau, il faut brûler 888,88 grammes de CH4.
On utilise l’équation bilan :
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 C4H10 brûle dans le
dioxygene de l’air O2 pour former du dioxyde de
carbone CO2 et de la vapeur d'eau H2O.
On donne les masse molaires suivantes :
H = 1 g.mol-1
C = 12 g.mol-1 O = 16 g.mol-1
1. Quels sont les produits ? Quels sont les réactifs ? Les réactifs sont : le butane, C4H10 et le
di-oxygene de l’air O2. Les produits sont le dioxyde de carbone CO2 et la vapeur d'eau H2O.
2. Equilibrer l'équation :
2 C4H10
+
13 O2 → 8 CO2
+ 10 H2O
3. Calculer la masse molaire du butane.
M (C4H10) = 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 (CO2) = 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 (H2O) = 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 C4H10 = 1 000 g de C4H10
On utilise la formule : n =
m
1000
soit ici : n =
= 17,24 moles de C4H10
M
58
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 C4H10 correspond à 17,24 moles de C4H10
Equation bilan
2 mole de C4H10
13 moles de O2
Question posée 17,24 moles de C4H10
x
2
13
224,13
=
soit 2.x = 13×17,24 soit x =
= 112,06 moles de O2
17,24
x
2
• Conclusion 1: en brûlant 17,24 moles de C4H10, on obtient 112,06 moles de O2.
• Or, en chimie, le volume molaire d'une substance est le volume occupé par une mole de cette substance
V
• De plus, en utilisant la formule :
Vm =
soit ici : Vm = n (O2) ×V= 112,06 × 22,4 = 2510,14 litres
n
• Conclusion 2: quand on brûle 1 kg de butane, on utilise environ 2510,14 litres de O2.
On utilise l’équation bilan :
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 : C2H6O
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 (C2H6O) = 2×M(C) + 6×M(H) + 1×M(H)
soit : M (C2H6O) = 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 (CO2) = 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 (H2O) = 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 C2H6O = 1 000 g de C2H6O
m
1000
On utilise la formule : n =
soit ici : n =
= 21,74 moles de C2H6O
M
46
7. Calculer le pourcentage en masse de chaque élément entrant dans la constitution de l'éthanol.
2×M(C)
24
• le pourcentage de carbone (C) est égal à :
×100 =
×100 = 52,17 %
M(C2H6O)
46
6×M(H)
6
• le pourcentage de carbone (H) est égal à :
×100 =
×100 = 13,05 %
M(C2H6O)
46
1×M(O)
16
• le pourcentage de carbone (O) est égal à :
×100 =
×100 = 34,78 %
M(C2H6O)
46
(on peut vérifier que la somme des 3 pourcentages fait bien 100 %)
2 C2H6O + 6 02 → 4 CO2 + 6 H2O
8. Equilibrer la reaction
9. Si on veut obtenir 78g d'eau, combien d'éthanol faut-il brûler par cette réaction ?
m 78
=
= 4,33 moles de H2O
On sait que 78g de H2O correspondent à : n =
M 18
Equation bilan 2 mole de C2H6O
6 moles de H2O
Question posée
x
4,33 moles de H2O
2
6
4,33×2
=
soit 4,33×2 = 6x soit x =
= 1,44 moles de C2H6O
x
4,33
6
• Conclusion 1: pour obtenir 78g de H2O , il faut brûler 1,44 moles de C2H6O.
m
• De plus, en utilisant la formule :
n=
soit ici : m = n (C2H6O) × M (C2H6O)
M
n = 1,44 ×46 = 66,39 g de C2H6O
• Conclusion 2: pour obtenir 78g de H2O, il faut brûler 66,39 g de C2H6O soit très peu ….
On utilise l’équation bilan :
10. Si on brûle 78g d'éthanol, quelle masse d'eau allons nous produire ?
m 78
On sait que 78g de C2H6O correspondent à : n =
=
= 1,69 moles de C2H6O
M 46
Equation bilan
2 mole de C2H6O
6 moles de H2O
Question posée 1,69 moles de C2H6O
x
2
6
6×1,69
=
soit 2×x = 6×1,69 soit x =
= 5,07 moles de H2O
1,69
x
2
• Conclusion 1: si on brûle 78g de C2H6O, on va obtenir 5,07 moles de H2O.
m
• De plus, en utilisant la formule :
n=
soit ici : m = n (H2O) × M (H2O)
M
n = 5,07 ×18 = 91,26 g de H2O
• Conclusion 2: si on brûle 78g de C2H6O, on va obtenir 91,26 g de H2O.
On utilise l’équation bilan :
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