Réaction de Combustion du Cyclohexane
Comprendre la Réaction de Combustion du Cyclohexane
Le cyclohexane est un composé organique cyclique très utilisé dans l’industrie chimique, notamment comme solvant ou pour la synthèse d’autres composés. Sa formule moléculaire est \(C_6H_{12}\).
Dans une expérience de laboratoire, un élève de seconde doit déterminer la quantité de matière de cyclohexane qui peut réagir complètement avec l’oxygène de l’air pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau, selon l’équation de réaction suivante :
\[ C_6H_{12} + 9O_2 \rightarrow 6CO_2 + 6H_2O \]
Pour comprendre le Calcul du rendement d’une réaction chimique, cliquez sur le lien.
Données :
- Masse molaire du cyclohexane (\(C_6H_{12}\)) = 84 g/mol
- Volume de cyclohexane utilisé = 250 mL
- Densité du cyclohexane = 0.778 g/mL
Questions :
1. Calcul de la masse de cyclohexane utilisée :
Calculer la masse de cyclohexane utilisée dans cette réaction.
2. Calcul de la quantité de matière de cyclohexane :
Déterminer la quantité de matière de cyclohexane présente dans le volume utilisé.
3. Calcul du volume d’oxygène nécessaire à la réaction complète :
En considérant que le volume molaire d’un gaz dans les conditions normales de température et de pression (CNTP) est de 22,4 L/mol, calculer le volume d’oxygène nécessaire pour réagir complètement avec le cyclohexane utilisé.
4. Réflexion sur la stœchiométrie de la réaction :
Expliquer pourquoi la réaction nécessite une quantité précise d’oxygène et quel serait l’impact d’un excès ou d’une insuffisance d’oxygène.
Correction : Réaction de Combustion du Cyclohexane
1. Calcul de la masse de cyclohexane utilisée
Pour calculer la masse de cyclohexane, nous utilisons la formule de la masse \(m\), qui est le produit de la densité \(\rho\) par le volume \(V\).
La densité du cyclohexane est donnée à \(0,778 \, \text{g/mL}\) et le volume utilisé est de \(250 \, \text{mL}\).
\[ m = \rho \times V \] \[ m = 0,778 \, \text{g/mL} \times 250 \, \text{mL} \] \[ m = 194,5 \, \text{g} \]
Donc, la masse de cyclohexane utilisée est de 194,5 grammes.
2. Calcul de la quantité de matière de cyclohexane
La quantité de matière \(n\) se calcule en utilisant la masse \(m\) et la masse molaire \(M\) du cyclohexane, qui est de \(84 \, \text{g/mol}\).
\[ n = \frac{m}{M} \] \[ n = \frac{194,5 \, \text{g}}{84 \, \text{g/mol}} \] \[ n \approx 2,315 \, \text{mol} \]
La quantité de matière de cyclohexane dans le volume utilisé est donc d’environ 2,315 moles.
3. Calcul du volume d’oxygène nécessaire à la réaction complète
L’équation de la réaction nous indique que 9 moles d’oxygène sont nécessaires pour chaque mole de cyclohexane. Le volume molaire des gaz dans les conditions normales (CNTP) est de \(22,4 \, \text{L/mol}\).
\[ V_{\text{O}_2} = n_{\text{C}_6\text{H}_{12}} \times 9 \times 22,4 \, \text{L/mol} \] \[ V_{\text{O}_2} = 2,315 \, \text{mol} \times 9 \times 22,4 \, \text{L/mol} \] \[ V_{\text{O}_2} \approx 465,792 \, \text{L} \]
Il faut donc environ 466 litres d’oxygène pour réagir complètement avec le cyclohexane utilisé.
4. Réflexion sur la stœchiométrie de la réaction
La stœchiométrie de la réaction est essentielle pour comprendre les proportions dans lesquelles les réactifs sont consommés et les produits sont formés.
Dans notre cas, la réaction du cyclohexane avec l’oxygène nécessite précisément 9 moles d’oxygène pour chaque mole de cyclohexane pour une combustion complète.
Un excès d’oxygène garantirait que tout le cyclohexane réagisse, tandis qu’une insuffisance d’oxygène limiterait la réaction, laissant potentiellement du cyclohexane non réagi.
Cela peut affecter le rendement de la réaction et la formation complète des produits attendus.
Réaction de Combustion du Cyclohexane
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