Pour aller plus loin : 

Mots clés : Bilan de matière ; avancement d'une réaction ; avancement maximal ; nombres stœchiométriques ; proportions stœchiométriques ; ...

1)- Exercice 11 page 162.

a)-  écrire l’équation de combustion du méthane dans le dioxygène.

b)-  Le méthane et le dioxygène sont deux gaz dans les conditions de l’expérience.

-  Dresser un tableau d’avancement de cette réaction chimique pour chacun des trois états initiaux suivants :

-  On mélange 1,00 mol de chaque gaz.

-  On mélange 1,00 L de chaque gaz.

-  Quantité de matière de chaque réactif : On prend 1,00 L de chaque gaz, en conséquence :

-  On mélange 1,00 g de chaque gaz.

-  Quantité de matière de chaque réactif : On prend 1,00 g de chaque gaz, en conséquence :

-  Quantité de matière de dioxygène : 

-  Quantité de matière de méthane : 

2)- Exercice 14 page 163.

Le sodium réagit avec l’eau. Il se forme des ions sodium Na⁺, des ions hydroxyde HO^- ainsi que du dihydrogène.

a)-  Écrire l’équation chimique correspondant à cette réaction et vérifier que les nombres stœchiométriques sont ajustés (attention aux charges des ions).

b)-  cette réaction dangereuse est effectuée avec 0,23 g de sodium seulement, que l’on introduit dans 1,0 L d’eau.

-  Quelles sont les quantités de matière (en mol) de sodium et d’eau mises en jeu ?

-  Quantité de matière de sodium mise en jeu :

-  Quantité de matière d’eau mise en jeu :

c)-  dresser un tableau d’avancement pour cette réaction et en déduire le réactif limitant.

-  Tableau d’avancement :

-  L’eau est en large excès, le réactif limitant est le sodium.

-  Le réactif limitant est le réactif qui a été introduit par défaut et qui disparaît totalement au cours de la réaction.

-  Le réactif limitant est celui qui disparaît totalement c’est-à-dire celui dont la quantité de matière s’annule pour la plus faible valeur de x.

-  Pour trouver x _max : en fin de réaction, la quantité de matière de chaque réactif est soit positive, soit nulle.

d)-  Quelle est la quantité de matière d’eu restant à l’état final ?

-  Que peut-on dire du volume final de la solution aqueuse obtenue ?

-  L’eau est en large excès.

-  On peut considérer que la quantité de matière d’eau n’a pratiquement pas varié.

-  La quantité de matière d’eau à l’état final :

-  Le volume de la solution est voisin de 1 L.

e)-  Caractériser complètement l’état final (en volume pour le gaz et en concentration pour les ions).

-  Volume de dihydrogène formé : 

-  V (H₂) = n (H₂) . V_m

-  V (H₂) = 5,0 × 10 ^{- 3} × 24

-  V (H₂) ≈ 0,12 L

I  Concentration des ions présents dans la solution :

3)- exercice 18 page 163.

L’addition de quelques gouttes d’une solution de soude à une solution de sulfate de cuivre II provoque l’apparition d’un précipité d’hydroxyde de cuivre II Cu(OH)₂.

a)-  Écrire l’équation chimique en supposant que les réactifs sont les ions cuivre II Cu²⁺ et les ions hydroxyde HO^-.

b)-  la réaction chimique est effectuée à partir de 20 mL d’une solution contenant 0,012 mol / L d’ions Cu²⁺ .

-  Quelle est la quantité de matière d’ions cuivre II à l’état initial ?

-  Quantité de matière d’ions cuivre II à l’état initial :

-  n (Cu^{2 +}) = C . V

-  n (Cu^{2 +}) = 0,12 × 20 × 10 ^{- 3} 

-  n (Cu^{2 +}) ≈ 2,4 × 10 ^{- 3}  mol

c)-  Établir un tableau d’avancement de la réaction chimique considérée en supposant que l’on introduit n moles d’ions hydroxyde.

d)-  Quelle condition sur la valeur de n faut-il avoir pour que la soude soit en excès ?

-  En fin de réaction, si la soude est en excès, il reste des ions hydroxyde HO ^- et tous les ions cuivre II ont réagi :

2,4 × 10^-3 – x = 0 et n – 2 x > 0, en conséquence : n > 4,8 × 10^-3 mol.

e)-  Si la solution de soude utilisée contient 2,0 mol / L d’ions HO ^-, quel volume de solution de soude faut-il ajouter pour être dans les proportions stœchiométriques ?

-  Proportions stœchiométriques : il faut que : 2,4 x 10^-3 – x = 0 et n – 2 x = 0,

-   On tire : n = 4,8 × 10^-3 mol.

-  Volume de solution :

4)- Exercice 25 page 165.

Le dihydrogène devient explosif, dans l’air, s’il est présent à plus de 4 % en volume.

On considère l’air comme un gaz parfait contenant, en volume 20 % de dioxygène et  un mélange de diazote.

a)-  Quelle équation chimique rend compte d’une telle réaction ?

-  Équation bilan de la réaction :

b)-  Une fuite de dihydrogène conduit au remplacement de 4,0 % de l’air d’un laboratoire de volume 120 m³, par du dihydrogène.

-  Quelle est la composition molaire de l’atmosphère du laboratoire ?

-  Volume de dihydrogène : 

-  Volume de dioxygène : 

-  Volume de diazote : 

-  Composition molaire :

c)-  En cas d’explosion, déterminer le réactif limitant et la masse d’eau qui serait produite.

-  Masse d’eau produite :

-  m (H₂O) = n (H₂O) . M (H₂O) 

-  m (H₂O) = 2,0 × 10 ² × 18,0

-  m (H₂O) ≈ 3,6 kg

d)-  Lors d’une telle explosion, la température de l’air augmente de 900 °C.

-  Estimer la pression dans le laboratoire et conclure.

-  On peut considérer que la quantité de matière lors de l’explosion est pratiquement constante.

-  Le volume du laboratoire est constant lui aussi : d’après l’équation d’état des gaz parfait, on tire que :

- 

-  La température passe d’environ 300 K à 1200 K, elle a été multipliée par 4, la pression p a été multipliée par quatre.

-  Les vitres et les portes du laboratoire sont soufflées, les personnes présentes sont brûlées et fortement commotionnées.