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5.5:

Stœchiométrie chimique et gaz

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Chemistry
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Chemical Stoichiometry and Gases: Using Ideal Gas Law to Determine Moles

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Rappelons que pour une réaction chimique équilibrée, les calculs impliquant la masse des réactifs et des produits et le nombre de moles sont effectués en suivant un plan conceptuel général. Ici, les coefficients stœchiométriques sont utilisés comme facteurs de conversion entre les moles du réactif et les moles du produit. Dans les réactions chimiques impliquant des substances gazeuses, la quantité de gaz est généralement spécifiée en termes de volume à une température et une pression données.C’est parce que les gaz sont fluides et se dilatent pour remplir n’importe quel volume disponible. Dans les réactions gazeuses, la quantité molaire et le volume d’un gaz sont liés par la loi du gaz idéal. De cette façon, le nombre de moles peut être déterminé à partir du volume du gaz et vice versa.La combinaison des concepts de la loi idéale du gaz, de la masse molaire et de la stœchiométrie permet des calculs liés au volume, au nombre de moles et à la masse des réactifs gazeux et des produits. À titre d’exemple, considérons la réaction entre le lithium et l’eau pour produire de l’hydrogène gazeux. En supposant que la réaction se produise à 291 Kelvin et 0, 977 atmosphère, quelle quantité de lithium produira 35, 25 litres d’hydrogène?Tout d’abord, en appliquant la loi du gaz idéal et en substituant les valeurs données de pression, de volume, de température et de constante du gaz idéal. les moles d’hydrogène gazeux sont calculées. Ensuite, en utilisant le rapport stœchiométrique, le nombre de moles d’hydrogène gazeux est converti en moles de lithium.Enfin, la multiplication par la masse molaire du lithium donne une masse de 20, 0 grammes. Ainsi, 20, 0 grammes de lithium produiront 35, 25 litres d’hydrogène. Pour les réactions chimiques gazeuses qui se produisent à STP-température et pression standard-le volume molaire, 22, 4 litres, est une constante.Le facteur de conversion est utilisé dans les calculs stœchiométriques impliquant des gaz à STP. Prenez, par exemple, la formation d’eau à STP. Quel volume d’hydrogène est nécessaire pour produire 2 grammes d’eau?Suivant le plan conceptuel général, d’abord, la masse d’eau est divisée par sa masse molaire, pour donner les moles d’eau. Ensuite, le rapport stœchiométrique est utilisé pour déterminer les moles d’hydrogène. Enfin, le facteur de conversion mole-volume à STP est utilisé pour obtenir 2, 5 litres d’hydrogène gazeux.Ainsi, 2, 5 litres d’hydrogène produiront 2 grammes d’eau à STP.

5.5:

Stœchiométrie chimique et gaz

La stœchiométrie chimique décrit les relations quantitatives entre les réactifs et les produits dans les réactions chimiques.

En plus de mesurer les quantités de réactifs et de produits en utilisant des masses pour les solides et des volumes en conjonction avec la molarité pour les solutions ; maintenant, les volumes de gaz peuvent également être utilisés pour indiquer des quantités. Si le volume, la pression et la température d’un gaz sont connus, alors l’équation du gaz parfait, qui sert à calculer le nombre de moles du gaz, peut être utilisée. Inversement, si la quantité de moles de gaz est connue, le volume d’un gaz à n’importe quelle température et pression peut être déterminé.

A titre d’exemple, calculons le volume d’hydrogène à 27 °C et 723 torr préparé à partir de la réaction de 8,88 g de gallium avec un excès d’acide chlorhydrique.

Eq1

Tout d’abord, convertissez la masse fournie du réactif limitant, Ga, en moles d’hydrogène produit :

Eq2

Convertissez les valeurs de température et de pression fournies en unités appropriées (K et atm, respectivement), puis utilisez la quantité molaire d’hydrogène gazeux et l’équation du gaz parfait pour calculer le volume de gaz :

Eq3

La loi d’Avogadro revue

On peut également tirer parti d’une caractéristique simple de la stœchiométrie des gaz, que les solides et les solutions ne présentent pas : tous les gaz présentant un comportement idéal contiennent le même nombre de molécules dans le même volume (à la même température et à la même pression). Ainsi, les rapports des volumes de gaz impliqués dans une réaction chimique sont donnés par les coefficients de l’équation de la réaction, à condition que les volumes de gaz soient mesurés à la même température et à la même pression.

La loi d’Avogadro peut être élargie (que le volume d’un gaz est directement proportionnel au nombre de moles du gaz) aux réactions chimiques avec des gaz : les gaz se combinent, ou réagissent, en proportions de volume simples et définies, à condition que tous les volumes de gaz soient mesurés à la même température et à la même pression.

Par exemple, puisque les gaz d’azote et d’hydrogène réagissent pour produire le gaz d’ammoniac selon  

Eq4

un volume donné d’azote gazeux réagit avec trois fois ce volume d’hydrogène gazeux pour produire deux fois ce volume d’ammoniac gazeux, si la pression et la température restent constantes.

Selon la loi d’Avogadro, des volumes égaux de N2, H2 et NH3 gazeux, à la même température et à la même pression, contiennent le même nombre de molécules. Comme une molécule de N2 réagit avec trois molécules de H2 pour produire deux molécules de NH3, le volume de H2 nécessaire est trois fois le volume de N2, et le volume de NH3 produit est deux fois le volume de N2.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Chapitre 9.3 Stœchiométrie des substances gazeuses, mélanges gazeux et réactions gazeuses.