V VIDYALAYA · Soutien scolaire
Physique-Chimie2ndeConstitution et transformations de la matiereExercices + corrigé

Transformation chimique — Exercices

Équilibrage, bilan de matière et réactif limitant. Corrigé en fin de document.
⏱ ~30 min✎ Calculatrice autorisée
1Identifier et écrire/ 3 pts
On brûle du soufre $S$ dans le dioxygène $O_2$ pour obtenir du dioxyde de soufre $SO_2$.
  1. Citer les réactifs et les produits de cette transformation.
  2. Écrire l'équation de réaction non équilibrée.
  3. Vérifier que l'équation $S + O_2 \rightarrow SO_2$ est déjà équilibrée.
2Équilibrer des équations/ 6 pts
Équilibrer les équations de réaction suivantes en ajustant uniquement les coefficients stœchiométriques.
  1. $Fe + O_2 \rightarrow Fe_2O_3$
  2. $C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$ (combustion du propane)
  3. $Al + HCl \rightarrow AlCl_3 + H_2$
3Bilan de matière simple/ 4 pts
La synthèse de l'ammoniac suit l'équation : $N_2 + 3\,H_2 \rightarrow 2\,NH_3$. On introduit $n(N_2) = 2{,}0$ mol de diazote avec un large excès de dihydrogène.
  1. Quelle quantité de $H_2$ est consommée ?
  2. Quelle quantité de $NH_3$ est produite ?
  3. Calculer la masse de $NH_3$ produite. Données : $M(N) = 14{,}0$ g/mol ; $M(H) = 1{,}0$ g/mol.
4Réactif limitant/ 5 pts
La combustion du fer dans le dioxygène suit l'équation équilibrée : $4\,Fe + 3\,O_2 \rightarrow 2\,Fe_2O_3$. On dispose de $n(Fe) = 0{,}60$ mol et $n(O_2) = 0{,}50$ mol.
  1. Calculer la quantité de $O_2$ nécessaire pour consommer entièrement tout le fer.
  2. En déduire le réactif limitant.
  3. Calculer la quantité de $Fe_2O_3$ produite.
  4. Calculer la masse de $Fe_2O_3$ produite. Données : $M(Fe) = 55{,}8$ g/mol ; $M(O) = 16{,}0$ g/mol.
5Synthèse de l'aspirine/ 7 pts

L'aspirine (acide acétylsalicylique, $M = 180$ g/mol) est synthétisée selon l'équation équilibrée :

$C_7H_6O_3 + C_4H_6O_3 \rightarrow C_9H_8O_4 + C_2H_4O_2$

acide salicylique ($M_1 = 138$ g/mol) + anhydride acétique ($M_2 = 102$ g/mol) $\rightarrow$ aspirine + acide acétique.

Un élève mélange $5{,}52$ g d'acide salicylique et $10{,}2$ g d'anhydride acétique.

  1. Calculer les quantités de matière initiales de chaque réactif.
  2. Identifier le réactif limitant.
  3. Calculer la masse théorique d'aspirine produite.
Corrigé détaillé
1Identifier et écrire
a) \(\text{Réactifs : } S \text{ et } O_2. \quad \text{Produit : } SO_2.\) \(\text{Réactifs : soufre } S \text{ et dioxygène } O_2. \quad \text{Produit : dioxyde de soufre } SO_2.\)
b) \(\text{Réactifs} \longrightarrow \text{Produits}\) \(S + O_2 \longrightarrow SO_2\)
c) \(\text{Gauche : 1 atome S, 2 atomes O.} \quad \text{Droite : 1 atome S, 2 atomes O.}\) \(\text{L'équation est équilibrée : les bilans atomiques sont identiques des deux côtés.}\)
2Équilibrer des équations
a) \(\text{Fe : droite 2, gauche 1 → ×4 devant Fe.} \quad \text{O : droite 6, gauche 2 → ×3 devant } O_2.\) \(4\,Fe + 3\,O_2 \longrightarrow 2\,Fe_2O_3\)
b) \(\text{C : 3 → ×3 devant } CO_2. \quad \text{H : 8 → ×4 devant } H_2O. \quad \text{O droite : } 3 \times 2 + 4 \times 1 = 10 \text{ → ×5 devant } O_2.\) \(C_3H_8 + 5\,O_2 \longrightarrow 3\,CO_2 + 4\,H_2O\)
c) \(\text{Cl droite : 3 → ×6 devant } HCl. \quad \text{H : 6 → ×3 devant } H_2. \quad \text{Al droite : 2 → ×2 devant } Al.\) \(2\,Al + 6\,HCl \longrightarrow 2\,AlCl_3 + 3\,H_2\)
3Bilan de matière simple
a) \(\dfrac{n(H_2)}{3} = \dfrac{n(N_2)}{1} \Rightarrow n(H_2) = 3 \times 2{,}0 =\) \(6{,}0 \text{ mol}\)
b) \(\dfrac{n(NH_3)}{2} = \dfrac{n(N_2)}{1} \Rightarrow n(NH_3) = 2 \times 2{,}0 =\) \(4{,}0 \text{ mol}\)
c) \(M(NH_3) = 14{,}0 + 3 \times 1{,}0 = 17{,}0 \text{ g/mol} \quad m = n \times M = 4{,}0 \times 17{,}0 =\) \(68 \text{ g}\)
4Réactif limitant
a) \(\dfrac{n(O_2)}{3} = \dfrac{n(Fe)}{4} \Rightarrow n(O_2)_{\text{néc.}} = \dfrac{3}{4} \times 0{,}60 =\) \(0{,}45 \text{ mol}\)
b) \(n(O_2)_{\text{disp.}} = 0{,}50 \text{ mol} \gt 0{,}45 \text{ mol} \Rightarrow O_2 \text{ est en excès.}\) \(\text{Le réactif limitant est le fer } Fe.\)
c) \(\dfrac{n(Fe_2O_3)}{2} = \dfrac{n(Fe)}{4} \Rightarrow n(Fe_2O_3) = \dfrac{2}{4} \times 0{,}60 =\) \(0{,}30 \text{ mol}\)
d) \(M(Fe_2O_3) = 2 \times 55{,}8 + 3 \times 16{,}0 = 111{,}6 + 48{,}0 = 159{,}6 \text{ g/mol} \quad m = 0{,}30 \times 159{,}6 =\) \(47{,}9 \text{ g}\)
5Synthèse de l'aspirine
a) \(n(C_7H_6O_3) = \dfrac{5{,}52}{138} = 0{,}0400 \text{ mol} \quad n(C_4H_6O_3) = \dfrac{10{,}2}{102} = 0{,}100 \text{ mol}\) \(n(\text{acide salicylique}) = 0{,}0400 \text{ mol} \;; \quad n(\text{anhydride acétique}) = 0{,}100 \text{ mol}\)
b) \(\text{Coefficients 1 : 1. Il faut autant de moles d'anhydride que d'acide salicylique.} \quad 0{,}0400 \lt 0{,}100\) \(\text{Le réactif limitant est l'acide salicylique } (C_7H_6O_3).\)
c) \(n(\text{aspirine}) = n(\text{acide sal. limitant}) = 0{,}0400 \text{ mol} \quad m = 0{,}0400 \times 180 =\) \(7{,}20 \text{ g}\)