6.3 : Calculs de masse

Les méthodes décrites dans la section précédente nous permettent d’exprimer les réactifs et les produits en termes de moles, mais que faire si nous voulions savoir combien de grammes d’un réactif seraient nécessaires pour produire un nombre donné de grammes d’un certain produit ? Cette extension logique est, bien entendu, triviale ! Au chapitre 4, nous avons appris à exprimer les quantités molaires en fonction des masses des réactifs ou des produits. Par exemple, la réduction de l’oxyde de fer (III) par l’hydrogène gazeux produit du fer métallique et de l’eau. Si nous devions demander combien de grammes de fer élémentaire seront formés par la réduction de 1,0 gramme d’oxyde de fer (III), nous utiliserions simplement la stœchiométrie molaire pour déterminer le nombre de moles de fer qui seraient produites, puis nous convertirions les moles en grammes en utilisant la masse molaire connue. Par exemple, un gramme de Fe2O3 peut être converti en mol Fe2O3 en se rappelant que les moles d’une substance sont équivalentes aux grammes de cette substance divisés par la masse molaire de cette substance :

En utilisant cette approche, la masse d’un réactif peut être insérée dans notre chemin de réaction comme le rapport de la masse à la masse molaire. Ceci est illustré ici pour la réduction de 1,0 gramme de Fe2O3.

Nous avons établi le problème pour résoudre le produit molaire ; l’équation générale est :

Le rapport molaire stœchiométrique est établi de sorte que le réactif molaire s’annule, donnant une solution en produit molaire. En substituant,

Il est souvent plus simple d’exprimer le rapport (masse)/(masse molaire) comme indiqué ci-dessous,

En faisant cela, et en réorganisant,

C’est-à-dire que la réduction de 1,0 gramme de Fe2O3 par un excès d’hydrogène gazeux produira 0,013 mole de fer élémentaire. Tous ces calculs sont bons à deux chiffres significatifs près, sur la base de la masse d’oxyde de fer (III) dans le problème initial (1,0 gramme). Notez que nous avons deux facteurs de conversion (rapports) dans cette solution : l’un de la masse à la masse molaire et le second, le rapport molaire stœchiométrique de l’équation chimique équilibrée. Sachant que nous avons 0,013 moles de Fe, nous pourrions maintenant convertir cela en grammes en sachant qu’une mole de Fe a une masse de 55,85 grammes ; le rendement serait de 0,70 grammes.

Nous pourrions également modifier notre montage de base afin de trouver directement le nombre de grammes de fer.

Ici, nous avons simplement substitué la quantité (moles masse molaire) pour obtenir la masse de fer qui serait produite. Encore une fois, nous avons établi le problème pour résoudre le produit molaire;

A la place de produit molaire et de réactif molaire, nous utilisons les expressions de masse et de masse molaire, comme indiqué dans le schéma ci-dessus. Le rapport molaire stœchiométrique est établi de telle sorte que le réactif molaire (le donné) s’annule, ce qui donne une solution en produit molaire. Substitution,

Réarrangement et annulation des unités,