Calcul du rendement d’une réaction chimique
Comprendre le Calcul du rendement d’une réaction chimique
Dans un laboratoire scolaire, un groupe d’élèves réalise la synthèse de l’eau en faisant réagir de l’hydrogène gazeux avec de l’oxygène gazeux.
Cette réaction chimique est une bonne occasion pour apprendre comment mesurer le rendement d’une réaction, un concept crucial en chimie.
Données fournies:
- La réaction chimique est la suivante: \( 2H_2(g) + O_2(g) \rightarrow 2H_2O(g) \)
- Masse molaire de l’hydrogène (\(H_2\)): 2,02 g/mol
- Masse molaire de l’oxygène (\(O_2\)): 32,00 g/mol
- Masse molaire de l’eau (\(H_2O\)): 18,02 g/mol
- Quantité initiale d’hydrogène: 6,06 g
- Quantité initiale d’oxygène: 16,00 g
Questions:
1. Calculer le nombre de moles d’hydrogène et d’oxygène utilisés.
2. Déterminer le réactif limitant.
3. Calculer la quantité théorique d’eau pouvant être produite, en moles et en grammes.
4. Après la réaction, les élèves ont collecté 16,20 g d’eau. Calculer le rendement de la réaction.
Réflexion supplémentaire:
Discuter de l’importance du rendement dans les réactions industrielles et les implications de ne pas atteindre un rendement de 100%.
Correction : Calcul du rendement d’une réaction chimique
1. Calcul du nombre de moles d’hydrogène et d’oxygène utilisés
Hydrogène (\(H_2\)):
- Masse molaire (\(M\)) = 2.02 g/mol
- Masse (\(m\)) = 6.06 g
\[ n = \frac{m}{M} \] \[ n = \frac{6.06}{2.02} \] \[ n = 3.00 \text{ moles} \]
Oxygène (\(O_2\)):
- Masse molaire (\(M\)) = 32.00 g/mol
- Masse (\(m\)) = 16.00 g
\[ n = \frac{m}{M} \] \[ n = \frac{16.00}{32.00} \] \[ n = 0.50 \text{ moles} \]
2. Détermination du réactif limitant
La réaction est: \(2 H_2 + O_2 \rightarrow 2 H_2O\).
Le rapport stœchiométrique entre \(H_2\) et \(O_2\) est de 2:1. Pour chaque mole d’\(O_2\), il faut 2 moles de \(H_2\).
Pour 0.50 moles d’\(O_2\), il faudrait:
\[ = 0.50 \times 2 \] \[ = 1.00\, \text{mole de} H_2 \]
On dispose de 3.00 moles de \(H_2\), donc l’\(O_2\) est le réactif limitant.
3. Calcul de la quantité théorique d’eau pouvant être produite
En moles:
La réaction produit 2 moles d’\(H_2O\) pour chaque mole d’\(O_2\) réagi.
\[ = 0.50 \text{ moles d’ } O_2 \times 2 \] \[ = 1.00 \text{ mole d’ } H_2O \]
En grammes:
- Masse molaire de l’eau (\(H_2O\)) = 18.02 g/mol
\[ = 1.00 \text{ mole d’ } H_2O \times 18.02 \text{ g/mol} \] \[ = 18.02 \text{ g} \]
4. Calcul du rendement de la réaction
- Quantité d’eau collectée = 16.20 g
Rendement:
\[ = \left( \frac{\text{Quantité réelle produite}}{\text{Quantité théorique}} \right) \times 100 \] \[ = \left( \frac{16.20}{18.02} \right) \times 100 \] \[ = 89.9\% \]
Réflexion supplémentaire:
Le rendement de 89,9% indique que la réaction est assez efficace mais pas parfaite. Dans les processus industriels, un rendement inférieur à 100% peut signifier une perte de matières premières et d’énergie, augmentant les coûts de production.
L’optimisation du rendement est donc cruciale pour la viabilité économique et la durabilité environnementale des procédés chimiques industriels.
Calcul du rendement d’une réaction chimique
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