Stoechiométrie

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STOECHIOMÉTRIE1
La stoechiométrie est l'étude des proportions suivant lesquelles les corps se combinent entre eux.
La stoechiométrie concerne le calcul des quantités de matière (réactifs ou produits) qui participent à la
réaction chimique.
Un problème stœchiométrique est un problème mathématique qui a pour but de savoir quelles sont les
quantités obtenues lors d'une réaction chimique. Ces problèmes se résolvent selon une méthode, une
marche à suivre.
Pour pouvoir résoudre un problème, il faut bien avoir en tête le tableau de conversion qui suit.
Nombre de molécules
 6. 10 23
/ 6.10 23
 22,4
Quantité de
matière
 masse molaire
/ 22,4
Pour les gaz
Volume (L)
/ masse molaire
Masse (g)
NB : la quantité de matière
correspond au nombre de moles.
I- Résolution d'un problème stœchiométrique
1. Équation avec des quantités stœchiométriques
Les réactifs sont en suffisance et la réaction s'effectue entièrement.
Le diiode est formé en plongeant du dichlore dans une solution d'iodure de sodium. On
observe la formation de chlorure de sodium.
Quelle masse de sodium doit-on faire dissoudre pour produire 50 g de diiode ?
1
Le mot stoechiométrie vient de deux mots grecs : stoicheion (signifiant « élément ») et metron (signifiant
« mesure »). Jeremias Benjaim Richter (1762-1807) énonce en 1792 : « La stoechiométrie est la science qui mesure
les proportions quantitatives ou rapports de masse dans lesquels les éléments chimiques sont impliqués ».
Ph. Georges
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Méthode de résolution
11. Écrire l'équation qui traduit l'énoncé et indiquer les données et les inconnues.
Cl2 +
La donnée est :
2 NaI
Error! I2 +
2 NaCl
m I 2 = 50 g. C’est l’ « ENTRÉE ».
L’inconnue est la masse d’iodure de sodium mNaI.
12. Déterminer dans quelles proportions réagissent les différents éléments.
Cl2 +
1
2 NaI
Error! I2 +
2
2 NaCl
1
2
13. Transformer la donnée en nombre de moles si nécessaire.
La donnée est le diiode : c’est notre « ENTRÉE » pour le problème.
La masse de 50 g de diiode correspond à 0,197 mole de diiode.
Cl2 +
1
2 NaI
Error! I2 +
2
50 g de I2 --> 0,197 moles de I2
2 NaCl
1
2
0,197
14. Déterminer à l’aide des coefficients stoechiométriques le nombre de mole de la substance inconnue.
On utilise donc les proportions dans lesquelles la réaction s'effectue.
Il faut 2 fois plus de moles d’iodure de sodium que de moles de diiode formé.
La quantité de matière de diiode (0,197 mol) est doublée pour obtenir la quantité de matière d’iodure
de sodium.
On effectue le calcul :
nNaI = 2  0,197 2
soit
nNaI = 0,39 mol
15. Répondre à la question en utilisant les informations trouvées.
La production de 50 g de diiode nécessite 0,39 mole d’iodure de sodium.
Masse molaire de l’iodure de sodium : MNaI = MNa + MI
MNaI = 23 + 126,9
Masse d’iodure de sodium nécessaire : mNaI = nNaI  MNaI
mNaI = 0,39  149,9
MNaI = 149,9 g/mol
mNaI = 56,06 g
La masse de 56,06 g d’iodure de sodium est nécessaire à la production de 50 g de diode.
2. Équation avec des quantités non stœchiométriques
L’un des réactifs de la réaction chimique est en défaut : c’est le réactifs limitant (l’autre réactif ne sera pas
intégralement utilisé lors de la réaction chimique).
Le chlore gazeux peut être obtenu par l’action d’une solution aqueuse d’acide
chlorhydrique HCl sur le dioxyde de manganèse MnO2 suivant la formule suivante :
MnO2 + 4 HCl
Error!
Cl2
+
MnCl2
+
2 H2O.
Si l'on dispose de 100g de MnO2 et de 200g d'HCl, quelle sera la masse du réactif
excédentaire et quel sera le volume de Cl2 produit ?
Ph. Georges
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Méthode de résolution
21. Écrire l'équation qui traduit l'énoncé et indiquer les données et les inconnues.
MnO2 + 4 HCl
100 g
Error!
1
Cl2
+
2
MnCl2 + 2 H2O
1
2
0,197
Les données sont les masses de dioxyde de manganèse et d’acide chlorhydrique :
mHCl = 200 g.
m MnO 2 = 100 g
L’inconnue est la volume de dichlore VCl 2 .
22. Déterminer dans quelles proportions réagissent les différents éléments.
MnO2 + 4 HCl
1
Error!
4
Cl2
+
1
MnCl2 + 2 H2O
1
2
23. Convertir les données en quantité de matière (nombre moles) en utilisant la masse molaire.
100 g de MnO2
200 g d'HCl
Masse molaire : M MnO 2 = 55 + (16  2) = 87 g/mol Masse molaire : MHCl = 1 + 35 = 36 g/mol
Quantité de matière : n MnO 2 = Error! = 1,15 mol
1,15 est le nombre de moles de MnO2 disponible.
Quantité de matière : nHCl = Error! = 5,55 mol
5,55 est le nombre de moles d'HCl disponible.
24. Déterminer quel est le réactif en quantité insuffisante (en défaut).
Pour cela, effectuer mentalement le calcul selon les proportions définies par la pondération. On
calcule le nombre de moles de réactif que l'on devrait avoir en se basant sur un des deux.
Si on a 5,55 moles de HCl, il faut
5
moles de MnO2, soit 1,39 moles. Or il n’y a que 1,15 moles de
55;4
MnO2. Le réactif MnO2 est donc en défaut. C’est lui qui est le réactif limitant.
NB : pour calculer le nombre de mole de HCl en trop, on effectue (5,55 – 4  1,15 = 0,95), soit 0,95
moles d’HCl en excès.
25. Déterminer à l’aide des coefficients stoechiométriques le nombre de mole de la substance inconnue.
Les coefficients stoechiométriques du dioxyde de manganèse et du dichlore sont égaux.
Les 1,15 moles de dioxyde de manganèse réagissent donc pour former 1,15 moles de dichlore.
n Cl 2 = n MnO 2
d’où
n Cl 2 = 1,15 mol
26. Répondre à la question en utilisant les informations trouvées
Il y a 0,95 mole de HCl en excès (cf. plus haut).
Pour le volume de Cl2 dans les conditions normales de température et de pression :
VCl 2 = n Cl 2  VM
d’où
VCl 2 = 1,15  22,4
soit
VCl 2 = 27,75 L.
Le volume de dichlore produit par la réaction des 100 g de dioxyde de manganèse est de 27,75 L
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II- Stoechiométrie et rapports de masse
« La stoechiométrie est la science qui mesure les proportions quantitatives ou rapports de masse dans
lesquels les éléments chimiques sont impliqués ».
Exemple de la combustion du méthane dans l’air
La formule chimique du méthane est CH4.
L’équation de la combustion parfaite est :
CH4 + 2 (O2 + 3,76 N2) Error! CO2 + 2 H2O + 7,52 N2
Méthode de résolution
La stoechiométrie est la proportion en masse entre le carburant (méthane) et le comburant (Air).
Il faut donc connaître la masse molaire de chaque atome :
MC = 12 g/mol
MH = 1 g/mol
MO = 16 g/mol
Masse molaire du carburant CH4 :
M CH 4 = 12 + 4  1 = 16 g/mol
Masse molaire de comburant, l’air :
Mair = 2  ( M O 2 + 3,76 M N 2 )
MN = 14 g/mol
Mair = 2  (16  2 + 3,76  2  14)
Mair = 274,56 g/mol
Rapport des masses du carburant et du comburant :
Error! = Error!
soit
Error! = Error!
Il faut donc une proportion de 1 g de méthane pour 17,16 g d’air pour que la combustion du
méthane soit complète.
Remarque : Il y a 2,76 fois plus de diazote que de dioxygène dans l’air.
26,6 % de dioxygène ; 73,4 % de diazote
Ph. Georges
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