EQUATION - BILAN D'UNE REACTION CHIMIQUE

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1 EQUATION - BILAN D'UNE REACTION CHIMIQUE I OBSERVATION Dans un tube à essais, on mélange du dioxygène et du dihydrogène dans les proportions un volume de O 2 pour 2 volumes de H 2. Avant la réaction Après la réaction On observe que les éléments ( ) sont présents avant et après la réaction. II EQUATION-BILAN D'UNE REACTION CHIMIQUE 1 En général, on peut écrire une équation qui montre le bilan de la réaction. 2 Règles générales 3 Application H 2 + O 2 H 2 O 4 Exercice: Equilibrer les équations suivantes. Cu + O 2 Cu O Cu O + C Cu + CO 2 Cu(NO 3 ) 2 + Fe Cu + Fe(NO 3 ) 2

2 III EXEMPLES DE REACTIONS CHIMIQUES 1 Réaction entre le zinc et le soufre Sur une brique, mélangez 8,2 g de poudre de zinc et 4 g de poudre de soufre. Chauffez fortement avec le bec Bunsen. Le produit obtenu est du sulfure de zinc (Zn S). Vérifier si la masse de soufre est suffisante. Quelle sera la masse de sulfure de zinc fabriquée sur la brique? On donne : Zn : 65,4 g/mol S : 32 g/mol 2 Réaction entre l'aluminium et l'oxyde de fer III Réaction utilisée pour couler le fer entre les rails. Mélanger 11,95 g d'oxyde de fer III (Fe 2 O 3 ) et de l aluminium en poudre dans un creuset. Enflammez un ruban de magnésium pour amorcer la réaction. Les produits obtenus sont de l'oxyde d'aluminium (Al 2 O 3 ) et du fer. Déterminez la masse d'aluminium nécessaire à cette réaction Calculer les masses d'oxyde d'aluminium et de fer obtenues. On donne : Fe : 56 g/mol Al : 27 g/mol O : 16 g/mol

3 3 Combustion du fer dans le dioxygène Portez à incandescence 3 g de paille de fer et introduisez-la dans un flacon de 500 ml contenant du dioxygène. Le produit obtenu est de l'oxyde de fer(fe 2 O 3 ). Calculez le volume de dioxygène nécessaire pour brûler les 3 g de fer. On donne Vm = 24 l. Pouvez-vous expliquer pourquoi il reste de la paille de fer dans le flacon. Calculer la masse d'oxyde de fer obtenue si la réaction était totale. 4 Réaction de décomposition thermique Certains corps se décomposent quand on élève leur température. Ainsi, les pierres de calcaire donnent-elles de la chaux selon la réaction: CaCO 3 CaO + CO 2 carbonate oxyde de dioxyde de calcium calcium de carbone Quelle masse de calcaire faut-il chauffer pour espérer obtenir une tonne de chaux? On donne : Ca : 40 g/mol C : 12 g/mol O : 16 g/mol Quel est le volume de dioxyde de carbone dégagé? Le rendement de la réaction étant de 80%, quelle masse de chaux obtiendrez-vous réellement?

4 IV EXERCICES 1 Equilibrer les équations suivantes Cu + O 2 Cu O NH 3 + O 2 N 2 + H 2 O Na + O 2 Na 2 O NH 3 + O 2 NO + H 2 O Fe + O 2 Fe 2 O 3 Al + O 2 Al 2 O 3 CH 4 + Cl 2 CaO + C CHCl 3 + HCl CaC 2 + CO Na + Cl 2 NaCl Fe + H 2 O Fe 3 O 4 + H 2 H 2 + Cl 2 HCl CO + Fe 3 O 4 CO 2 + Fe Cu + Cl 2 CuCl 2 H 2 S +O 2 H 2 O + SO 2 P 4 + Cl 2 PCl 5 A1 2 O 3 + C + Cl 2 AlCl 3 + CO Fe+ C1 2 FeCl 3 Cu 2 S + Cu 2 O Cu + SO 2 S + Cl 2 S 2 Cl 2 C 2 H 6 + O 2 C 2 H 6 O + O 2 CO 2 + H 2 O CO 2 + H 2 O 2 Le zinc métal réagit avec le soufre divisé en formant du sulfure de zinc ZnS selon un processus exothermique. a) Ecrire l'équation bilan de la réaction et donner la signification du terme exothermique. b) Quelles masses de zinc et de soufre faut-il faire réagir pour obtenir 100 g de sulfure? Masses atomiques molaires en g / mol: S : 32, Zn : 65,4. 3 Une essence d'automobile a une masse volumique de 700 kg / m 3. On la suppose constituée uniquement d'octane C 8 H 18. a) Le réservoir d'essence d'une automobile a un volume de 50 L. calculer la masse d octane qu il contient b) Ecrire l équation bilan de la combustion de l'octane dans le moteur de l'automobile en supposant qu'il se forme du dioxyde de carbone et de l'eau. c) calculer * la masse de vapeur d'eau * le volume le dioxyde de carbone rejetés dans l'atmosphère; * le volume du dioxygène consommé (volume molaire 24 L) * le volume d'air qui a circulé dans les tubulures du moteur sachant qu'en nombre de moles, la composition de l'air est : 80 % de diazote N 2 et 20 % de dioxygène Quel est le volume de dioxygène nécessaire à la combustion de 4 L de monoxyde de carbone CO (les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions, volume molaire 24 L)? Quel est le volume de dioxyde de carbone formé? 5 On fait brûler 10 g d'éthane C 2 H 6 dans du dioxygène à la température de 200 C sachant qu on obtient du dioxyde de carbone et de l eau. Quel est le volume de dioxygène nécessaire? Quel est le volume de dioxyde de carbone dégagé (tous les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions)? Quelle est la masse d eau formée? 6 Quel est le volume d'air nécessaire à la combustion de 6 g de carbone sachant qu'elle fournit uniquement du dioxyde de carbone et que, dans les conditions de l expérience, le volume molaire est de 24 L? Composition de l'air en volumes : N 2 80 %, O 2 20 % 7 La combustion du soufre dans l'air produit du dioxyde de soufre. Quel est le volume d'air nécessaire à l'obtention de 100 L de ce gaz SO 2? Quelle est la masse de soufre nécessaire à cette combustion. Tous les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions. L'air contient 4 volumes de diazote pour 1 de dioxygène. La masse atomique molaire du soufre est 32 g/mol.

5 8 a) Equilibrer l'équation bilan de la réaction entre le dioxyde de soufre (gaz) et le sulfure d'hydrogène (gaz) SO 2 + H 2 S S + H 2 O b) Quel volume de sulfure d'hydrogène faut-il mélanger avec 100 L de dioxyde de soufre pour que les réactifs soient dans les proportions de l'équation bilan? c) Quelle masse de soufre peut-on préparer par ce procédé en partant d un mélange réactionnel de ce type de volume 1,2 m 3 mesurés dans les conditions normales)? 9 a) Ecrire les équations bilan des combustions dans le dioxygène des corps suivants : CH 4,C 2 H 6 et CO. Dans les 3 réactions envisagées, le carbone est entièrement transformé en dioxyde CO 2. b) On mélange 0,l mole de méthane, 0,2 mole d'éthane et 0,3 mole de monoxyde de carbone avec un excès de dioxygène, puis on provoque la combustion. * Quelle est la masse minimale de dioxygène nécessaire? * Quelles sont les masses de dioxyde de carbone et d'eau obtenues? c) Vérifier la loi de Lavoisier. d) quelle est le volume de dioxyde carbone dégagé? 10 Le carbone réagit vers 400 C avec les oxydes CuO et PbO en formant du dioxyde de carbone et les métaux correspondants. a) Ecrire les équations bilan de ces réactions. b) On porte à 400 C un mélange formé de 60,5 g des oxydes CuO et PbO et de carbone en excès. On recueille 8,8 g de dioxyde de carbone. Calculer les nombres de moles de CuO et de PbO dans le mélange, ainsi que la masse minimale de carbone nécessaire à la réaction. 11 Quel est le volume de chlorure d'hydrogène produit lorsqu'on fait brûler 10 l de dihydrogène dans un excès de dichlore? Les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions. 12 Un mélange gazeux de diazote et de dioxyde de carbone a pour volume V= 9,6 l. On l'agite avec une solution aqueuse concentrée d'hydroxyde de potassium, ce qui fait passer tout le dioxyde de carbone en solution. Le volume gazeux, après l'opération, n'est plus que v = 7,2 l. Calculer les nombres de moles des deux gaz dans le mélange initial, sachant que le volume molaire d'un gaz dans les conditions de l'expérience est de 24 C. Quelle était la masse du mélange? 13 Un audiomètre est une éprouvette graduée, en verre épais, dont le fond porte deux électrodes de platine entre lesquelles peut jaillir une étincelle (fig. ci-contre). Cet audiomètre contient initialement x moles de dihydrogène et x moles de dioxygène; le volume du mélange est V = 40 cm 3. On provoque la réaction et on s'arrange pour que la température et la pression reviennent à leurs valeurs initiales. L'eau formée est alors liquide et le volume du mélange gazeux n est plus que v cm 3. a) Ecrire l équation de la réaction. b) Calculer la valeur du volume v.quelle est la nature du gaz restant. c) Calculer la masse d eau formée sachant que le volume molaire est de 24 l. 14 On mélange, dans un récipient cylindrique clos à sa partie supérieure par un piston mobile, 2 moles de monoxyde de carbone CO et 1 mole de dioxygène. On déclenche la réaction et on attend que la température et la pression reviennent à leurs valeurs initiales. a) Ecrire l'équation bilan de la réaction d'oxydation du monoxyde de carbone. b) Quelle est la valeur du volume final V 2, sachant que le volume initial du mélange réactionnel est V 1 = 75 l? 15 a) Ecrire l'équation bilan de la réaction de combustion de l'ammoniac dans l'air sachant que l'azote présent dans la molécule NH 3 est transformé en diazote. b) Quel volume d'air faut-il utiliser pour réaliser la combustion de 20 L de gaz NH 3? Quel est le volume de diazote en fin de réaction? Tous les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions de température et de pression. L'air a pour composition, en nombre de moles : N 2 : 80 %; 0 2 : 20 %. 16 Un mélange de 2 l de dichlore et de 4 l de dihydrogène réagit pour donner du chlorure d'hydrogène HCI. a) Ecrire l'équation bilan de la réaction. b) L'un des réactifs est-il en excès? Lequel? c) Quel est le volume final si tous les volumes sont mesurés dans les mêmes conditions? d) Quelle est la composition du mélange final? Donner la réponse sous forme de pourcentage en nombre de moles. 17 On fait réagir un mélange de 2 l de méthane et de 10 l de dioxygène. L'élément carbone est transformé en dioxyde de carbone et l'élément hydrogène en eau. La température est 100 C avant et après la réaction. a) Ecrire l'équation bilan de la réaction en précisant l'état physique des produits de la réaction. b) Quel est le volume du mélange gazeux après l'expérience? 18 On fait brûler 1 g de dihydrogéne dans 7,1 g de dichlore. Il se forme du chlorure d hydrogène. Ecrire l équation bilan de la réaction Calculer : a) le nombre de moles de chaque réactif avant la réaction b) le nombre de moles et la masse du produit formé: c) le nombre de moles et la masse du réactif demeuré en excès.

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