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Niveau terminale
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Exercice: réaction et équation chimique

Posté par
haleyphoebe 01-02-15 à 19:01

Bonsoir à tous!
Voici l'exercice avec lequel je rencontre quelques problèmes..
3Fe2O3 + H2 --> 2Fe3O4 + H2O
1/ On introduit 0.1L de H2. Quel est le réactif limitant?
2/Calculez la masse des produits formés ainsi que le réactif restant.
5/Calculez à quel volume d'eau formée (en mL) correspond la masse d'eau calculée à la question précédente.

Merci d'avance !

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 19:23

Salut,

Tu es sûr d'avoir donné l'énoncé complet ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 19:31

En fait j'ai déjà répondu à la première question qui était d'équilibrer la réaction, et j'ai également répondu à la seconde(si on introduit 5.742g d'oxyde de fer Fe2O3, quelle quantité de H2 faut-il introduire pour être en proportion stœchiométrique): Comme 3Fe2O3 réagissent avec 1 H2, alors 35.9 mol en Fe2O3 va réagir avec 11.9 mol de H2

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 19:43

Bah voilà, on ne pouvait pas deviner tout seul

\textcolor{red}{3}Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe_3O_4 + H_2O

Citation :
5,742 g d'oxyde de fer Fe_2O_3


n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= ... ?

Si les réactifs sont introduits dans des proportions stoechiométriques, alors :

\boxed{\dfrac{n_i(Fe_2O_3)}{\textcolor{red}{3}} = \dfrac{n_i(H_2)}{1}}

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 19:44

Citation :
Comme 3Fe2O3 réagissent avec 1 H2, alors 35.9 mol en Fe2O3 va réagir avec 11.9 mol de H2


tu es sûr de toi ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 19:48

Citation :
On introduit 0.1L de H_2. Quel est le réactif limitant?


Là il faut repartir de la quantité de matière initiale en Fe_2O_3 calculée à la question précédente.

Ensuite, n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=... mol

puis avec un tableau d'avancement, quel est le réactif limitant dans ce nouveau cas ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 19:58

n(Fe2O3)= m(Fe2O3)/ M(Fe2O3) = o,5742/477.9=0.001 mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:05

Pourquoi tu changes l'unité de la masse ?

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= ... mol ?

en effet
m en g
M en g/mol

donc n en g/(g/mol) = mol

OK ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:10

Ce qui nous fait 208 mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:14



Sois critique sur tes résultats. Ce n'est pas possible.

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

Si les réactifs sont introduits dans des proportions stoechiométriques, alors :

\boxed{ \dfrac{n_i(H_2)}{1} =\dfrac{n_i(Fe_2O_3)}{\textcolor{red}{3}}}

soit n(H_2) = \dfrac{0,0359}{3}= 0,0120 ~mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:14



Sois critique sur tes résultats. Ce n'est pas possible.

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

Si les réactifs sont introduits dans des proportions stoechiométriques, alors :

\boxed{ \dfrac{n_i(H_2)}{1} =\dfrac{n_i(Fe_2O_3)}{\textcolor{red}{3}}}

soit n(H_2) = \dfrac{0,0359}{3}= 0,0120 ~mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:15

Ensuite on passe à la question suivante :

Citation :
On introduit 0.1L de H_2. Quel est le réactif limitant?


Là il faut repartir de la quantité de matière initiale en Fe_2O_3 calculée à la question précédente.

Ensuite, n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=... mol

puis avec un tableau d'avancement, quel est le réactif limitant dans ce nouveau cas ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:21

n(H2)= 0.1/8.3= 0.01 mol
Voilà comment j'ai calculé le volume molaire: Vm= V/n = 0.1/0.0120= 8.33

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:25

Non

à 20°C le volume molaire vaut V_m = 24 ~ L/mol

n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=\dfrac{0,1}{24}=...~ mol

Comme je t'ai expliqué, cette deuxième question est indépendante de la première.
De ce fait, tu ne peux pas utiliser la question 1 car on était dans des proportions stoechiométriques et on cherchait la quantité de dihydrogène nécessaire.

Ici ce n'est plus le cas, on reprend juste la quantité de matière initiale d'oxyde de fer calculée :

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

et

n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=\dfrac{0,1}{24}=...~ mol

Il faut alors déterminer qui est le réactif limitant.

Tu peux t'aider d'un tableau d'avancement.

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 20:59

D'accord

                 3Fe2O3       +      H2 --->      2Fe3O4       + H2O
Etat in.         0.0359             0.0120          0              0 moles
                 moles               moles        moles
x=x(init)

Etat interm..    3-0.0359-x         0.0120-x      0+2x             0+x
x=x
Etat final      
xmax

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 01-02-15 à 23:07

Quelqu'un pourrait m'aider pour le tableau d'avancement, j'ai du mal :/

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 08:09

Tu es bien en terminale S non ?

Voici une fiche méthode à connaître par coeur sur les tableaux d'avancement :



J'attends tes propositions, cart il est primordial que tu saches le faire.

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 08:09

* car

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 09:23

Merci
Tout d'abord, est-ce que j'utilise les bonnes formules pour calculer l'état initial ?
n=m/M=5.742/159.3=0.03 Pour Fe2O3
n/V=0.004/0.1= 0.04 Pour H2

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 10:40

Cf. mon mail posté le 01-02-15 à 20:14.

Ce n'est pas du tout ce que j'ai écrit ...

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 11:23

Comment ça ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 11:48

Cf. le topic posté le 01-02-15 à 20:14


Citation :
à 20°C le volume molaire vaut V_m = 24 ~ L/mol
\\ n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=\dfrac{0,1}{24}=...~ mol

Comme je t'ai expliqué, cette deuxième question est indépendante de la première.
De ce fait, tu ne peux pas utiliser la question 1 car on était dans des proportions stoechiométriques et on cherchait la quantité de dihydrogène nécessaire.

Ici ce n'est plus le cas, on reprend juste la quantité de matière initiale d'oxyde de fer calculée :

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

et

n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=\dfrac{0,1}{24}=...~ mol

Il faut alors déterminer qui est le réactif limitant.

Tu peux t'aider d'un tableau d'avancement.

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 11:53

D'accord et pour le tableau d'avancement, les formules que j'avais publié, ça va ou pas du coup ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 13:22

Citation :
3Fe2O3 + H2 ---> 2Fe3O4 + H2O
Etat in. 0.0359 0.0120 0 0 moles
moles moles moles
x=x(init)

Etat interm.. 3-0.0359-x 0.0120-x 0+2x 0+x
x=x
Etat final
xmax


Ce qui est souligné en gras est faux.

Sinon, que proposes-tu en réactif limitant ?
Comment se remplit la ligne xmax ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 19:23

Pour la ligne max j'ai fais 0.0359/3=0.01
Ensuite pour remplir cette ligne je fais: 0.0359-3x0.01=0.0059 (3Fe2O3)
0.0120-0.01=0.002 (H2)
2x0.01=0.02 (2Fe3O4)
0.01 (H2O)

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 19:53

De nouveau faux ...

3Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe_3O_4 + H_2O

Etat initial :

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=\dfrac{0,1}{24}=0,0042~ mol

Etat maximal :
A l'état maximal, tous les réactifs sont supposés avoir réagi, leurs quantités de matière sont nulles :

n_i(Fe_2O_3) - 3x_{max} = 0 \Leftrightarrow x_{max}=\dfrac{n_i(Fe_2O_3)}{3} = 0,0120~mol

n_i(H_2) - x_{max} = 0 \Leftrightarrow x_{max}=n_i(H_2) = 0,0042~mol

On choisit le plus petit des x_{max}.

Finalement, \boxed{x_{max}=0,0042 ~mol}

Ainsi, les produits formés sont :
n_f(Fe_3O_4)= 2 \times x_{max} = ... ~mol

n_f(H_2O)=x_{max}=... ~mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 19:55

Je ne te cache pas que je suis très inquiet de voir que tu n'arrives malheureusement pas à faire un tableau d'avancement, et à déterminer un réactif limitant.
Il faut absolument que tu revois ça en profondeur, car j'ai des craintes pour le bac

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:07

Voici un récapitulatif de ce qu'on a fait depuis le début :

Question A :

Citation :
On introduit 5,742 g d'oxyde de fer Fe_2O_3, quelle quantité de H_2 faut-il introduire pour être en proportion stœchiométrique.


L'équation de la réaction est :

\textcolor{red}{3}Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe_3O_4 + H_2O

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

Si les réactifs sont introduits dans des proportions stoechiométriques, alors :

\boxed{\dfrac{n_i(Fe_2O_3)}{\textcolor{red}{3}} = \dfrac{n_i(H_2)}{1}}

soit n_i(H_2) = \dfrac{0,0359}{3}= 0,0120 ~mol

Question B :
Citation :
On introduit 0,1 L de H_2. Quel est le réactif limitant ?


Tu fais un tableau d'avancement à partir de la fiche que je t'ai donnée :


3Fe_2O_3 + H_2 \rightarrow 2Fe_3O_4 + H_2O

Etat initial :

n_i(Fe_2O_3) = \dfrac{m_i(Fe_2O_3)}{M(Fe_2O_3)}= \dfrac{5,742}{2 \times 56 + 3 \times 16}= 0,0359 ~mol

n_i(H_2) = \dfrac{V(H_2)}{V_m}=\dfrac{0,1}{24}=0,0042~ mol

Etat maximal :
A l'état maximal, tous les réactifs sont supposés avoir réagi, leurs quantités de matière sont nulles :

n_i(Fe_2O_3) - 3x_{max} = 0 \Leftrightarrow x_{max}=\dfrac{n_i(Fe_2O_3)}{3} = 0,0120~mol

n_i(H_2) - x_{max} = 0 \Leftrightarrow x_{max}=n_i(H_2) = 0,0042~mol

On choisit le plus petit des x_{max}.

Finalement, \boxed{\textcolor{blue}{x_{max}=0,0042 ~mol}}

Ainsi, les produits formés sont :
n_f(Fe_3O_4)= 2 \times x_{max} = ... ~mol

n_f(H_2O)=x_{max}=... ~mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:09

Complément :

n_f(Fe_2O_3) = n_i(Fe_2O_3) - 3 \times x_{max}=...~mol

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:22

En fait, on vient juste de voir le tableau d'avancement...
Donc le réactif limitant est H2 car c'est lui qui a donné la valeur ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:26

Citation :
En fait, on vient juste de voir le tableau d'avancement...


Du coup tu n'es pas en terminale S ?

Citation :
Donc le réactif limitant est H2 car c'est lui qui a donné la valeur ?


Tout à fait, étant donné que nous ne sommes plus dans des proportions stoechiométriques, on cherche à déterminer l'avancement maximal qui correspond à la plus petite valeurs trouvées dans les deux équations.

Je te conseille de lire la fiche que je t'ai passée, elle est très bien faite sur le sujet.

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:46

Je suis actuellement en remise à niveau..

Pour la question 4, j'utilise la formule m=nxM ?

Pour m(Fe2O3)= 0.0359 x (2x56x3x16)  ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:49

D'accord je comprends mieux.

Citation :
Pour la question 4, j'utilise la formule m=nxM ?

Pour m(Fe2O3)= 0.0359 x (2x56x3x16) ?


A moins que tu ne sois devin, tu n'as pas finis la question en cours :

Citation :
Finalement, \boxed{\textcolor{blue}{x_{max}=0,0042 ~mol}}

Ainsi, les produits formés sont :
n_f(Fe_3O_4)= 2 \times x_{max} = ... ~mol

n_f(H_2O)=x_{max}=... ~mol

n_f(Fe_2O_3) = n_i(Fe_2O_3) - 3 \times x_{max}=...~mol


Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 20:52

Ensuite, oui,

Par définition, la quantité de matière d'un corps de masse m et de masse molaire M est n = m/M
soit m = n x M.

donc on auras à la fin pour les masses formées et restante :

m_f(Fe_3O_4)= n_f(Fe_3O_4) \times M(Fe_3O_4)

m_f(H_2O)= n_f(H_2O) \times M(H_2O)

m_f(Fe_2O_3) = n_f(Fe_2O_3) \times M(Fe_2O_3)

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 21:10

n(Fe3O4)=2x0.0042=0.0084 mol
n(H2O)=0.0042=0.0042
nf(Fe2O3)=ni(Fe2O3) - 3*xmax=0.0359-3*0.0042=0.0233  mol

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 21:22

OUI TB !

Ensuite, je t'ai rappelé les formules pour trouver les masses.

Il ne te reste plus qu'à exprimer les masses molaires de chaque espèce chimique.

Pour rappel :

M(Fe) = 56 g/mol
M(O) = 16 g/mol
M(H) = 1 g/mol

Aide-toi de leur formule chimique.

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 02-02-15 à 21:29

Pour Fe3O4 je trouve 1.948 g
H2O je trouve 0.075 g
Fe2O3 je trouve 3.728 g

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 08:39

Et comment tu as calculé les masses molaires des trois espèces chimiques ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 12:52

Pour calculer la masse molaire de Fe3O4=3x56+4x16
H2O=2x1x16
Fe2O3=2x56+3x16

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 15:06

J'aurai aimé savoir quelle formule utiliser pour la dernière question ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 17:23

Citation :
Pour calculer la masse molaire de
Fe3O4=3x56+4x16
H2O=2x1 + 1x16 (faute de frappe je présume ?)
Fe2O3=2x56+3x16




Et les masses molaires sont en g/mol; donc si tu as repris les quantités de matières finales calculées ensemble et si tu as utilisé ces masse molaires, tes calculs de masse seront forcément corrects.

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 17:25

Citation :
Calculez à quel volume d'eau formée (en mL) correspond la masse d'eau calculée à la question précédente.


Tu as déterminé m_f(H_2O)

or par définition de la masse volumique de l'eau :

\mu(H_2O) = \dfrac{m(H_2O)}{V(H_2O)}

donc V(H_2O) = ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 18:22

Comme je n'ai que la masse, je vois pas quelle formule utiliser pour calculer le volume :/

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 20:12

Mais elle est juste au-dessus

Cf. mon message de 17h25.

Il faut connaître la masse volumique de l'eau => \mu (H_2O) = 1~g/cm^3

et tu as la masse d'eau formée.

Donc quel est le volume ?

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 03-02-15 à 20:20

Du coup V(H2O)= (H2O)/m(H2O)=13.3mL

ou V(H2O)=(H2O)xm(H2O)=0.075 mL

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 04-02-15 à 08:44

Ni l'un ni l'autre, concentre toi.

J'ai une masse volumique en g/mL (ou g/cm3)
J'ai une masse en g

Comment j'obtiens un volume en mL ?

Raisonne avec les unités si tu préfères pour trouver le bon rapport

Posté par
haleyphoebere : Exercice: réaction et équation chimique 04-02-15 à 09:09

Je sais pas :/

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 04-02-15 à 10:01

\dfrac{g}{\dfrac{g}{mL}} = mL

Tu es d'accord ?

Posté par
gbm Webmasterre : Exercice: réaction et équation chimique 04-02-15 à 10:04

Donc quelle est la bonne réponses parmi celles-ci :

Réponse A :

V(H_2O) = m(H_2O) \times \mu (H_2O) ?


Réponse B :

V(H_2O) = \dfrac{ \mu (H_2O)}{m(H_2O)} ?


Réponse C :

V(H_2O) = \dfrac{m(H_2O)}{\mu (H_2O)}

Posté par
Katila13re : Exercice: réaction et équation chimique 28-01-17 à 15:53

Bonjour, je reviens sur j ne des questions traité , la question 3. Comment trouvez vous le 24 en tant que Vm svp ?

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