Classe 8

Conservation de la masse, rapports stœchiométriques

Dans un système fermé, la masse totale se conserve car les atomes se réarrangent sans être créés ni détruits. Les coefficients fixent les rapports molaires.

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IntuitionIntuition : particules et changement

Dans une tasse ouverte, vinaigre et bicarbonate libèrent un gaz qui s’échappe et la masse mesurée semble diminuer. Dans un récipient fermé, le dioxyde de carbone reste dans le système.

À gauche les réactifs, à droite les produits. Les totaux coïncident en grammes, en moles selon les coefficients et en atomes de chaque élément.

ScolaireNiveau scolaire : modèles et règles

Définition: Idée clé

La masse totale reste constante lors d’une transformation chimique si toute la matière d’un système fermé est comptée. La stœchiométrie applique les rapports molaires de l’équation équilibrée.

La combustion du méthane suit $\ce{CH4 + 2O2 -> CO2 + 2H2O}$ : 1 mol CH₄ réagit avec 2 mol O₂ et forme 1 mol CO₂ et 2 mol H₂O.

Bilan de masse pour CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
Espèce	Masse molaire	Quantité	Masse
CH₄	16 g/mol	1 mol	16 g
O₂	32 g/mol	2 mol	64 g
CO₂	44 g/mol	1 mol	44 g
H₂O	18 g/mol	2 mol	36 g

\sum m_{\mathrm{reactants}}=\sum m_{\mathrm{products}}\quad(\text{closed system})

Exemple: Exemple résolu

Quelle quantité de O₂ réagit avec 2,0 mol de CH₄ ?

Solution

CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O donne le rapport 1:2 ; 2,0 mol de CH₄ exigent donc 4,0 mol de O₂.

Exemple: Deuxième exemple

44 g de CO₂ contiennent 12 g C et 32 g O. Combien d’oxygène dans 88 g ?

Solution

Doubler la masse double chaque constituant : 2 × 32 g = 64 g d’oxygène — le rapport C:O de CO₂ est fixe à 12:32.

Bilan : 16 g CH₄ + 64 g O₂ = 44 g CO₂ + 36 g H₂O = 80 g. Les coefficients donnent des rapports de particules ou de moles, pas de masses ; passez par les masses molaires.

Dans un flacon scellé, la balance ne bouge pas pendant la réaction — la masse est conservée. Si un gaz s’échappe, le flacon semble s’alléger ; en comptant le gaz, le total se retrouve.

Exemple: Exemple de calcul / d’application

Quand 2,43 g de ruban de magnésium brûlent complètement dans l’air, on recueille 4,03 g de poudre blanche de MgO. Quelle masse d’oxygène a réagi ?

Solution

Par conservation de la masse : m(Mg) + m(O₂) = m(MgO). Ainsi m(O₂) = 4,03 g − 2,43 g = 1,60 g.