^{Stœchiométrie - Calculs avec les équations chimiques}

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Reprenons l'équation :

2 H₂ (g)     +    1 O₂ (g)       2 H₂O (g)     Appelons c le coefficient de proportion:

    2                         1                             0               n       quantités stœchiométriques de réactifs
    1                         1                             0               n/c    ce rapport est constant pour les réactifs consommés
    0                         0                             1               n'/c   ce rapport est constant pour les produits formés
    0                         0                             2               n'      quantités stœchiométriques de produits

En pratique, il n'y a pas toujours des quantités stoechiométriques, 2 cas sont à considérer:

1. Une substance est annoncée en excès et on s'intéresse aux produits

On calcul le nombre de moles du réactif en petite quantité et on trouve le nombre de mole du produit qui nous intéresse en multipliant par le rapport des coefficients.

Avec l'équation: 2 H₂ (g)     +    1 O₂ (g)       2 H₂O (g)     

Si on a 0.5 mole de O₂ et un excès de H₂, on sait que l'on va former  0.5 ·  2/1 = 1 mole de H₂O

Exercice d'application:

4 Fe   +  3 O₂           2 Fe₂O₃

On fait réagir 4 g de Fe avec un excès de O₂. Quelle est la masse du Fe₂O₃ formé?

Données utiles: M(Fe) = 55.85 g/mol   M(Fe₂O₃) = 160 g/mol

n(Fe) = 4 / 55.85 = 0.0716

Donc n(Fe₂O₃) = 0.0716 ·  2/4 =  0.0358  et  m(Fe₂O₃) = 0.0358 ·  160 = 5.73 g

2. Les réactifs sont en quantités précises, un excès de l'une n'est pas précisé

Ici le rapport n/c est très utile pour trouver les quantités de substances qui réagissent:

Prenons  la même réaction que ci-dessus, mais réalisée avec 3 moles de H₂ et 2 moles de O₂:

2 H₂ (g)     +   1  O₂ (g)       2 H₂O (g)  

    3                         2                             0                     n    
    1.5                      2                             0                     n/c   Il n'y a pas assez de H₂
   -1.5                  - 1.5                     + 1.5                    ce qui réagit
     0                       0.5                         1.5                   n'/c
     0                       0.5                          3                      n'

Nous avons donc après réaction formé 3 moles d'eau et il reste 0.5 mole de dioxygène qui n'a pas réagit. C'est donc le dihydrogène qui limite la réaction, on dit qu'il est le facteur limitant (F.L.). Il est à noter que si tous les coefficients de l'équation sont égaux, la ligne de calcul avec n/c n'est pas nécessaire.

Exercice d'application:

4 Fe   +  3 O₂           2 Fe₂O₃

On fait réagir 3 g de Fe avec 5 grammes de O₂. Quel est le facteur limitant et les masses des substances existantes après la réaction ?       

4 Fe          +         3 O₂          2 Fe₂O₃

  55.85                  32                          160                   M [g/mol]
     3                        5                             ?                      m [g]
  0.0537            0.1563                                                n    
  0.0134            0.0521                                                n/c   Fe est le F.L.
-0.0134           -0.0134                   + 0.0134             ce qui réagit
     0                   0.0387                      0.0134              n'/c
     0                   0.1161                      0.0268              n'
     0                    3.71                           4.29                 m' [g]

Réponses:

Exercices

Exercice 1: Combien de grammes de fer et de soufre faut-il pour fabriquer 1 kg de sulfure de fer FeS?  

Exercice 2: Combien de grammes de FeS peut-on fabriquer à partir de 5 grammes de soufre et suffisamment de fer?  

Exercice 3: Combien de grammes de FeS peut-on fabriquer à partir de 5 grammes de Fer  et suffisamment d soufre?  

Exercice 4: CO +   H₂O    H₂  + CO₂
On part de 24 g de CO et de 19 g d'eau.
Quel est le facteur limitant ? Quelles sont les masses de H₂ et de CO₂ obtenues? Combien reste-t-il, après la réaction, du réactif en excès?  

Exercice 5: Fe   +    S    FeS
a)Avec 4 grammes de Fer, combien de grammes de soufre faut-il pour avoir des quantités stœchiométriques?
b) On prend 4 grammes de Fer et 3 grammes de soufre. Quel est le facteur limitant et les masses des produits existants après la réaction?  

Exercice 6: Soit : 3 NiCl₂ + 2 Na₃PO₄      Ni₃(PO₄)₂ + 6 NaCl     
On veut préparer 40 g de phosphate de nickel Ni₃(PO₄)₂. Quelle masse de chlorure de nickel NiCl₂ et de phosphate de sodium Na₃PO₄ faut-il faire réagir ensemble ?  

Exercice 7: On prépare de l'aspirine (C₉H₈O₄) en faisant réagir 1.00 kg d'acide salicylique (C₇H₆O₃) en solution avec 2,00 kg d'anhydride acétique (C₄H₆O₃):
2C₇H₆O₃(aq)   +   C₄H₆O₃(l)        2C₉H₈O₄ (aq) +    H₂O(l)
Quel est le facteur limitant et les masses des substances existantes après la réaction ?