Les réactions chimiques DEAKIN-notes de classe

Les réactions chimiques

DEAKIN-notes de classe

Qu’allons-nous apprendre (RAS) ?

A. Révision de 3 concepts de chimie XSCI20F

B. Les masses formulaires et le pourcentage de composition C. La mole

D. La masse atomique moyenne et les isotopes E. La résolution des problèmes de moles

F. Les formules empiriques et moléculaires, incluant les hydrates G. La classification des réactions chimiques

H. La stœchiométrie

I. Introduction aux réactifs limitants

Les réactions chimiques

Le tableau périodique-organisation

groupes 1 nonmétaux 18

périodes 1 H 2 métaux 13 14 15 16 17 ^He

2 Li Be B C N O F Ne

3 Na Mg 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Al Si P S Cl Ar

4 K Ca Ti Cr Fe Ni Cu Zn Ge As

5 Ag Sb Te

6 Au Hg Pb Po

7

Métaux alcalins

Métaux alcalino-terreux

Métaux de transition Métalloïdes

Pnictogènes Chalcogènes

Halogènes

Gaz nobles, rares ou inertes

La structure atomique

Les particules subatomiques

Proton-particule subatomique dans le noyau d’un atome avec une charge de +1.

Neutron-particule subatomique dans le noyau d’un atome avec aucune charge (charge neutre).

Électron-particule subatomique retrouvée dans les couches autour du noyau avec une charge de -1. La dernière couche est nommée la couche de valence.

*Il est sous-entendu que tous les atomes ont une charge neutre, qui veut dire que le

nombre de protons et électrons est équilibré pour être égal à zéro.

Masse atomique et nombre atomique

Masse atomique (MA)

Al

13 Nombre atomique (NA)

La somme du nombre de protons

et neutrons dans le noyau de

l’atome. La masse est arrondie. 26,98

Le nombre de protons dans le noyau de l’atome. Toujours le plus petit nombre

entre MA et NA.

aluminium

Le bilan des particules subatomiques

Masse atomique =

13 Al

2226,98

Charge + N^o de protons = Numéro atomique = Charge + N^o d’électrons = N^o de neutrons = charge totale =

Les ions

Les atomes qui n’ont pas une couche de valence complète cherchent à le

compléter soit par gagner soit par perdre des électrons et devenir un ION-un atome chargé. Les ions n’ont pas un nombre égal de protons et électrons donc ne sont pas neutres.

Un atome qui a perdu un électron a une charge positive et il est appelé un CA+ION.

Un atome qui gagne un électron a une charge négative et est appelé un ANION.

Vidéo Tout savoir sur les ions au lien https://www.youtube.com/watch?v=DuuIyS7cup8 (2:10)

Prédire les charges des anions et les ca+ions

PERTE d’électrons = CA+ION CHARGE POSITIVE

GAIN d’électrons = ANION CHARGE NÉGATIVE

e ^-

e ^-

voler un électron est négatif! donner un électron est positif!

Les composés ioniques et covalents

Les composés sont formés pour atteindre une couche de valence saturée qui a moins d’énergie qu’avait l’atome dans son état précédent. Un composé est un espèce chimique avec de différentes propriétés physiques et chimiques qui est formé par la combinaison de deux ou plusieurs éléments à partir d’une réaction chimique. Nous allons apprendre à propos de deux types de composés : les composés ioniques et covalents.

Les composés ioniques Les composés covalents ou moléculaires

● Sont formés à partir d’un transfert d’électrons.

● Sont composé d’un cation métallique et un anion

non-métallique.

● L’attraction entre des ions à charges opposées crée une liaison ionique.

● Ont leur propre système de nomenclature basé sur les noms des ions.

● Ont des propriétés physiques et chimiques différents que les composés covalents.

● Les électrons sont partagés entre deux ou plus d’atomes.

● Sont composés de deux différentes non-métaux

● Les paires d’électrons sont unis par une liaison

covalente.

● Ont leur propre système de nomenclature basé sur les préfixes grecs de un à dix.

● Ont des propriétés physiques et chimiques qui

sont différents que les composés ioniques.

Composés ioniques ou covalents ?

Complétez le tableau.

Ionique ou covalent ? Formule chimique ou nom du composé

Formule chimique

ou nom du composé Ionique ou covalent ?

Dioxyde de carbone CaCO

₃

NiF

₃

Bromure de calcium

N

₂

C

₁₂

H

₂₂

O

₁₁

Carbonate de lithium Fe(NO

₃

)

₃

Tétrahydrure de diazote Iodure de potassium

La nomenclature des composés ioniques binaires

Nomenclature veut dire comment nommer les composés. Utilisez le système de l’UICPA suivant pour nommer les composés ioniques. L’acronyme UICPA veut dire l’Union Internationale de la Chimie Pure et Appliquée.

Répondez au questions n^o 2 et n^o3 de FR 5-15 p.236 et n^o1 de 5-16 p. 237

Partie I + Partie II

nom de l’anion non-métallique + suffixe «ure» de nom du cation métallique

nitrure de potassium

No Mn Cl At U Re

La notation Stock

Plusieurs composés contiennent une ca+ion métallique avec deux charges possibles. Comment savoir lequel est la bonne ? Utilisez le système stock avec un numéro romain.

Complétez le tableau ci-dessous

Les formules des composés ioniques sont toujours réduit au plus petit rapport. Ex. 2:4 est réduit à 1:2.

Répondez au questions n^o 7, n^o9, n^o10 de FR 5-14 p.235 et n^o3 de FR-16 p.237, et n^o3, n^o4 de 5-17 p. 238

Nom Formule chimique Nom Formule Chimique

Chlorure de fer ____________ ________________ Ag₃N

________________ PbO₂ ________________ CuS

________________ PbO Sulfure de cuivre (II) __________

Les ions polyatomiques

Sont des ions constitués de deux ou de plusieurs atomes non métalliques unis par des liaisons covalentes.

La charge d’un ion polyatomique représente la charge de la

combinaison de tous les atomes !

Les composés ioniques polyatomiques

Sont composé d’une cation métallique et d’un ion polyatomique. Le système Stock peut s’appliquer, le cas échéant. S’il y a plus qu’un ion polyatomique, utilisez les parenthèses suivi par un indice. Un seule ion n’a pas besoin de parenthèses.

Nom Formule chimique Nom Formule chimique

Hydroxyde de sodium CaCO

₃

LiClO

₃

Chlorure d’ammonium

Hydroxyde de fer (II) Sulfate de potassium

Phosphate de cuivre (II) Al

₂

(SO

₄

)

₃

Les indices et les exposants (révision)

Les indices représentent le numéro d’atomes ou d’ions dans un composé.

Exemple1 : CoCl₃ représente 4 ions dans le composé.

Par contre, les exposants indiquent la charge d’un ion: autrement dit, l’équilibre entre le numéro de protons et d’électrons. Les exposants ne sont jamais visibles dans les formules chimiques des composés, parce que les composés ont toujours une charge neutre.

Exemple2 : Co³⁺et CO₃^2-

Exemple3 : NO₃ et NO₃^-

O ^2- vs O ₂

exposant

indice

XCHEM30S/A : Les réactions chimiques

Nommer et écrire les formules chimiques pour des composés ioniques Tableau 1. Tableau des ions associés aux cartes de jeux

CATION ANION CATION ANION A Li⁺ A ♥️ F^– A NH4+ A ♦️ NO3–

2 Be²⁺ 2 ♥️ O^2– 2 Cu²⁺ 2 ♦️ CO32–

3 Au³⁺ 3 ♥️ N^3– 3 Fe³⁺ 3 ♦️ PO43–

4 Na⁺ 4 ♥️ Cl^– 4 Pb⁴⁺ 4 ♦️ OH^– 5 Ca²⁺ 5 ♥️ S^2– 5 Ag⁺ 5 ♦️ SO42–

6 Al³⁺ 6 ♥️ P^3– 6 Pb²⁺ 6 ♦️ ClO^– 7 K⁺ 7 ♥️ Br^– 7 Co³⁺ 7 ♦️ SO32–

8 Mg²⁺ 8 ♥️ Se^2– 8 Cu⁺ 8 ♦️ NO2–

Directives

Règles suivant le protocol de COVID19 :

1. Chaque élève génère individuellement les paires d’ions à partir du site web https://www.random.org/playing-cards.

Règles normales :

2. En groupes de 3 à 4, choisissez un paquet de 32 cartes pour représenter les ions dans le tableau ci-haut.

3. Séparez les cartes dans 4 piles de leurs suites respectives de trèfle , carreau , cœur et pique . Brassez chaque pile.

4. Complétez chacun des quatre tableaux en sélectionnant 6 cartes de chaque suite indiquée.

Nommez chaque composé en suivant les règles de nomenclature de l’UICPA.

Tableau 1.

Cation Anion Formule Chimique Nom 1.

2.

3.

4.

5.

6.

XCHEM30S/A : Les réactions chimiques

Nommer et écrire les formules chimiques pour des composés ioniques Tableau 2. Feuille de réponses

Cation Anion Formule Chimique Nom 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Tableau 3.

Cation Anion Formule Chimique Nom

1.

2.

3.

4.

5.

6.

Tableau 4.

Cation Anion Formule Chimique Nom 1.

2.

3.

4.

5.

6.

Nomenclature des composés covalents

1. mono_

2. di_

3. tri_

4. tétra_

5. penta_

6. hexa_

préfixe 2

^ème

élément non-métal + «_ure» de préfixe 1er élément non-métal

Les 7 composés covalents diatomiques

O ₂

H ₂

F ₂

Br ₂

I ₂

N ₂

Cl ₂

XCHEM30S/A : Les réactions chimiques

source : Vouriot (2018). Unité 3 : La stœchiométrie [carnet de travail].

Nomenclature des composés ioniques et covalents n

^o

1

Nommez les composés suivants. Ils peuvent être ioniques ou covalents!

1. LiOH 2. PBr3

3. Ag2SO4

4. (NH4)2S 5. CaCO3

6. CF4

7. Fe(NO3)3

8. P2S3

9. AlPO3

10. Mg(OH)2

Écrivez les formules pour les composés suivants. Ils peuvent être ioniques ou covalents!

11. oxyde de potassium 12. tribromure de phosphore 13. hydroxyde de cobalt(III) 14. sulfure de diazote

15. monoxyde de carbone 16. tétrahydrure de dibore 17. pentabromure de phosphore 18. dichlorure de soufre

19. carbonate de plomb(IV) 20. acétate d’aluminium

XCHEM30S/A : Les réactions chimiques

source : Vouriot (2018). Unité 3 : La stœchiométrie [carnet de travail].

Nomenclature des composés ioniques et covalents n

^o

2

Nommez les composés ioniques et covalents suivants.

1. NaF 2. NF3

3. Li2O 4. Al2S3

5. Cu2SO4

6. SiH4

7. K2CrO4

8. P2O5

9. CH4

10. Ti(ClO2)4

Écrivez les formules pour les composés ioniques et covalents suivants.

11. chlorure de lithium 12. trichlorure d’azote 13. oxyde de zinc 14. trioxyde de diazote 15. ammoniac

16. dihydrure de dibore 17. phosphure de strontium 18. difluorure d’oxygène 19. nitrite de cuivre(II) 20. carbonate d’aluminium

Les isotopes

Est-il possible d’avoir 12.011 d’un électron, proton ou d’un neutron?

Non. Les particules subatomiques sont indivisibles et ne peut pas exister autre que dans les unités complètes.

Alors, pourquoi les masses atomiques sont-elles représentées par les nombres décimaux?

Parce que les masses atomiques sont calculées à partir de la moyenne

pondérée («weighted average») de tous les isotopes pour un élément.

La masse formulaire et les hydrates

Il est souvent utile de mesurer et prédire les montants en chimie. Pour faire ceci il est nécessaire de calculer la masse molaire d’une formule, aussi connu sous le nom de la masse formulaire d’un composé. Utilisez votre tableau périodique et calculez la masse formulaire en uma pour les

composés suivants:

H H

₂

H

₂

O NaCH

₃

COO NaCH

₃

COO·H

₂

O Fe(NO

₃

)

₃

Fe(NO

₃

)

₃

·9H

₂

O

Hydrate : un composé formé par l’union d’eau et une autre substance qui est généralement

neutre.

Pourcentage de composition

Souvent il est utile de savoir la proportion d’une partie d’un composé, soit parce qu’elle est l’ingrédient actif soit pour une autre raison. Pour savoir ces informations il est nécessaire de calculer le pourcentage de composition par masse.

Calculez le pourcentage de composition des composés à partir de leurs masses formulaires.

Calculez le pourcentage de composition

1. de plomb dans une échantillon de Pb(NO₃)₂.

2. d’eau dans la formule nitrate de fer(III) nonahydraté.

3. d’eau dans une échantillon de 100,0 g de chlorure de cobalt(II) hexahydraté.

Combien d’argent payez-vous pour de l’eau dans une échantillon de 100g?

https://www.fishersci.fr/fr/fr/catalog/search/products?keyword=Chlorure+de+cobaltII+hexahydraté+98+à+102%C2%A0%25+réactif+ACS+ACROS+O rganics

La mole (mol ou n)

Qu’est-ce qu’un uma ? La masse exacte de 1/12 de la masse d’un atome de ¹²C. Mais cette définition est inutile pour nous!

Plus précisément, 1 uma = 1,660 538 921 x 10^-27 kg → converti en grammes

Pourquoi n’est-il pas pratique d’utiliser les uma pour mesurer les masses des produits chimiques ? Parce que 1 uma est trop petit pour mesurer avec une balance électronique et pour manipuler !

Comment peut-on mesurer le montant d’atomes en grammes dans un échantillon mais sur un échelle qui est pratique ?

Par quel facteur devrait-on multipliez 1 uma pour arriver à un gramme ?

1,660 538 921 x 10^-24 g X = 1 g (trouvez la valeur de X)

X = 6.02 x 10²³ Ce nombre représente

1 mole

et est appelé le

nombre d’Avogadro

^{, symbole}

N

_A ^!

Les calculs de moles ridicules

1. Combien de fois plus grand est une mole de km comparé à la distance entre la Terre et la galaxie d’Andromède (2.5 million d’années lumière ou 2,37 x 10¹⁹ km) ?

2. Le produit national brut (PNB) («gross domestic product» ou GDP en anglais) de tous les pays du monde est estimé à 92 x 10¹² $ (92 billion en français, trillion en anglais) pour l’année 2020. PNB est la valeur de tous les biens et services créés dans un pays dans un an et est une mesure de sa richesse. Combien de fois plus gros que le PNB mondial est une mole de PNB ?

3. La monnaie royale canadienne à Winnipeg a produit 52 x 10⁹ (52 milliards) de pièces de monnaie entre 1985 et 2005.

Combien d’années faudra-t-il pour produire une mole de monnaie ? 4. Combien de fois plus grand est un googol 1,0 x 10¹⁰⁰ qu’une mole ?

5. Il est estimé qu’il y a 1 x 10¹⁵ (1 billiard) de fourmis sur la terre. Combien de fois plus de fourmis aurait t-il avec une mole de fourmis sur la terre ?

6. Il est estimé qu’il y a 1 x 10¹⁵ (1 billiard) de fourmis sur la terre. Combien de dollars devrait chaque fourmi dépenser pour dépenser une mole de dollars en total ?

7. Combien de fois plus de cellules est une mole de cellules comparé à les 3.72 x 10¹² cellules qui composent le corps humain ?

8. Combien de fois plus de pièces de papier hygiénique est une mole de pièces s’il y a 1000 pièces par rouleau et la production mondiale de papier hygiénique est de 84 millions de rouleaux ?

9. Combien d’années te faudrait-il pour dépenser entièrement une somme de 6,02 x 10²³$ à raison de 1$/s? Suppose que chaque année compte 365 jours.

Les masses atomiques et les masses molaires

H : 1,008 amu/atome x 1.66054 x 10

^-24

g/amu x 6,02 x 10

²³

atomes/mol = 1,008 g/mol O : 15,999 amu/atome x 1.66054 x 10

^-24

g/amu x 6,02 x 10

²³

atomes/mol = 15,999 g/mol C : 12,011 amu/atome x 1.66054 x 10

^-24

g/amu x 6,02 x 10

²³

atomes/mol = 12,011 g/mol Alors, l’ampleur des masses atomiques ne change pas, mais les unités ont changés.

Conclusion : à partir de maintenant, la masse atomique est appelée la masse

molaire et tous les masses molaires lisent en unités de grammes par mole !

XCHEM30S/A : Les réactions chimiques Défi : Les calculs de mole

Directives :

Pour chaque défi lisez les directives, discutez et décidez sur un plan, ensuite exécutez le plan.

lisez→planifiez→exécutez.

Défi #1 (niveau n^o1) : Calculez le nombre d’atomes de cuivre dans une pièce canadienne d’un cent.

Produits chimiques et équipement

• Pièce de monnaie canadienne d’un cent

• Fiche de données sur la composition des pièces de monnaie canadienne

Défi #2 (niveau n^o2) : Calculez le nombre de molécules d’éthanol, formule C2H5OH, dans un échantillon de 1,0 mL.

Produits chimiques et équipement

• Balance électronique (au dixième près est suffisante)

• Cylindre gradué

• Compte- gouttes

• Éthanol • Papier essuie- tout

Nettoyage : Versez l’éthanol dans la bouteille, séchez tout l’équipement et remettez tout dans le sac.

Défi #3 (niveau n^o2) : Calculez le nombre de molécules de glycérol, formule C3H8O3, dans un échantillon de 1,0 mL.

Produits chimiques et équipement

• Balance électronique (au dixième près est suffisante)

• Cylindre gradué

• Compte- gouttes

• Glycérol • Papier essuie- tout

Nettoyage : Versez le glycérol dans la bouteille, séchez tout et remettez tout dans le sac.

Défi #4 (niveau n^o1) : Calculez le nombre d’atomes de sodium dans un paquet de sauce soja.

Produits chimiques et équipement

• Paquet de sauce soja avec le tableau de la valeur nutritive

Défi #5 (niveau n^o1) : Calculez le nombre d’atomes de nickel dans une pièce canadienne de 25 cents.

Produits chimiques et équipement

• Pièce de monnaie canadienne de 25 cents

• Fiche de données sur la composition des pièces de monnaie canadienne

Défi #6 (niveau n^o3) : Calculez le nombre de molécules d’eau dans une bille de gelée.

Produits chimiques et équipement

• Balance

électronique (au centième de près est nécessaire)

• Papier essuie- tout

• Éprouvette avec 6-10 billes de gelée dans l’eau

• Éprouvette avec 6-10 billes de gelée sèche

• 2 tasses en plastique (1 pour les billes humides et 1 pour les billes sèches)

XCHEM30S/A : Les réactions chimiques Défi : Les calculs de mole

Nettoyage : Remettez les billes de gelée dans leurs éprouvettes appropriés, séchez bien tout l’équipement et le remettre à son emplacement approprié.

Défi #7 (niveau n^o2) : Calculez le nombre de molécules d’eau dans 1,0 mL d’insta-neige.

Produits chimiques et équipement

• Balance électronique (au centième près est nécessaire)

• Cylindres gradués de 25 mL et 10 mL

• Éprouvette avec la neige sèche

• Éprouvette avec la neige humide

• 2 tasses en plastique (1 pour la neige humide et 1 pour la neige sèche)

• 2spatules creuses pour la neige humide et la neige sèche

Nettoyage : Remettez la neige dans leurs éprouvettes appropriées, bien sécher tout l’équipement et le remettre à son emplacement approprié.

Défi #8 (niveau n^o2) : Calculez le nombre d’atomes de sodium dans une barre de « fruit to go » SunRype.

Notez que 1000 mg = 1 g.

Équipement

• Barre de « fruit to go » SunRype avec le tableau de la valeur nutritive

Défi #9 (niveau n^o2) : Calculez le nombre d’atomes de calcium et de fer dans 50 g de filets d’anchois du Club des millionnaires. Notez que 1000 mg = 1 g.

Équipement

• Boîte de filets d’anchois avec le tableau de la valeur nutritive

• Fiche des valeurs quotidiennes (VQ) des éléments nutritifs

CHIMIE30S/A : Les réactions chimiques QUIZ DE PRATIQUE : Introduction à la mole

Une note complète ne sera pas obtenue au moins qu’une réponse logique et correcte soit écrite, avec les unités correctes, le cas échéant.

1. Nommez Fe2(SO4)3. (1) 2. Écrivez la formule chimique pour le nitrure d’aluminium. (1)

3. Calculez la masse molaire en grammes par mole de Ca(OH)2. (1)

4. Calculez le nombre de moles de Ca(OH)2 dans un échantillon de 7,4096 grammes. (2 marks)

5. Quelle est la masse en grammes de 0,02 mole de fluorure de sodium? (2)

6. Calculez le nombre de moles d’eau dans un échantillon de 3,01 x 10²¹ molécules? (2)

7. Quelle est la masse de 2,007 x 10²⁹ particules de dioxyde de silicium, formule SiO2? (3)

/12

empirique covalent

La formule empirique et la formule covalente

Les formules empiriques décrivent tous les composés ioniques, mais seulement certains

composés covalents. Le rapport de tous les atomes dans les formules empiriques sont toujours écrits sous forme réduite. Placez chaque formule dans la bonne place dans le diagramme de Venn.

H ₂ O ₂ NaCl

C ₆ H ₁₂ O ₆

Pb(NO ₃ ) ₂

H ₂ O

CO ₂

K ₂ Cr ₂ O ₇

N ₂ H ₄

Les composés ioniques s’organisent sous formes de réseaux cristallins d’extension indéterminée. Parce qu’il y a tant d’ions, une formule empirique est utilisée pour indiquer le rapport entre les cations et les anions. Par exemple, NaCl a un rapport de 1 : 1 et Pb(NO

₃

)

₂

a un rapport de 1 : 2. Par contre, un molécule est un

assemblage d’au moins deux atomes maintenus ensemble dans un arrangement déterminé.

(Chang & Goldsby, 2014, pp. 57, 59)

Les composés ioniques et covalents

NaCl

C ₆ H ₁₂ O ₆

Pb(NO ₃ ) ₂

H ₂ O N ₂ H ₄

Calculer les formules empiriques

L’analyse centésimale de l’acide ascorbique (vitamine C) donne 40,92% de carbone, 4,58% d’hydrogène et 54,50% d’oxygène. Déterminez sa formule empirique, (Chang & Goldsby, 2014, p. 101).

Déterminez la formule empirique d’un composé selon la composition centésimale suivante: K, 24,75 % ; Mn, 34,77 % ; O, 40,51 %.

C₃H₄O₃, KMnO₄

La formule empirique d’un composé hydraté

Un échantillon de 2,465 g de sulfate de magnésium hydraté est réchauffé à sec. La masse du sel anhydre est 1,204 g. Calculez la masse d’eau évaporée et la formule du composé ionique hydraté.

Masse d’eau évaporée:

Masses formulaires de MgSO

₄

et H

₂

O:

Moles de MgSO

₄

et H

₂

O:

Rapport de moles H

₂

O aux moles de MgSO

₄

MgSO₄·7H₂O

Chimie 30S & Avancée : Simulation interactive—La formule empirique d’un composé hydraté

| Institut collégial Vincent Massey Collegiate - 975 Dowker Avenue, Winnipeg, MB, Canada | http://mrdeakin.pbworks.com |

Objectif

Déterminer la formule d’un composé ionique hydraté de sulfate de cuivre(II).

Directives

1. Téléchargez l'animation « Determination of the Formula of a Hydrate » à partir de l’adresse localisateur ressources uniforme, LRU, suivante : http://introchem.chem.okstate.edu/DCICLA/Empirical.html. L'écran d’accueil suivant apparaîtra.

Figure 1. Écran d'accueil de la simulation interactive « Determination of the Formula of a Hydrate »

2. Cliquez sur la touche pour démarrer. Vous devriez voir une image de l’équipement et les directives ci-dessous.

Figure 2. Équipement et directives

3. Notez la masse initiale du composé hydraté dans le Tableau 1, ensuite réchauffez l’échantillon en cliquant sur l’icône jusqu’à ce que le composé soit déshydraté et une masse finale apparaisse. Notez vos observations dans le Tableau 1.

Chimie 30S & Avancée : Simulation interactive—La formule empirique d’un composé hydraté

| Institut collégial Vincent Massey Collegiate - 975 Dowker Avenue, Winnipeg, MB, Canada | http://mrdeakin.pbworks.com |

Tableau 1. Tableau de masses

Calculs

1. Calculez le pourcentage de composition d’eau dans votre échantillon.

2. Calculez le nombre de moles d’eau. 3. Calculez le nombre de moles de sulfate de cuivre(II) anhydre.

4. Divisez le nombre de moles d’eau par les moles de sulfate de cuivre(II) anhydre pour déterminer le rapport molaire, donc le nombre de molécules d’eau dans la formule chimique.

5. Écrivez la formule complète de sulfate de cuivre(II) hydraté en marquant le nombre de molécules d’eau dans la formule ci- dessous.

CuSO 4 ·__H 2 O

6. Pourquoi la formule du composé reste la même peu importe la masse d’un échantillon de sulfate de cuivre(II)?

Masse finale : g

Masse initiale : g

Masse d’eau : g

Chimie 30S et avancée: Les réactions chimiques

Détermination de la formule empirique d’un composé hydraté OBJECTIFS

1. Déterminer le pourcentage de composition d’eau dans un échantillon de sulfate de cuivre(II) hydraté.

2. Calculer la formule chimique de l’hydrate à partir de la pente d’un graphique des moles d’eau versus les moles de sulfate de cuivre(II) anhydre.

3. Expliquer comment les résultats appuient la loi des proportions définies de Proust : « les éléments qui forment un composé chimique sont toujours présents dans un même rapport massique ».

SÉCURITÉ

• Portez les lunettes de sécurité sur vos yeux

• Gardez une distance sécuritaire de l’hydrate lorsque vous le chauffez

• Rincez les zones touchées par le sulfate de cuivre(II) avec de grandes quantités d’eau du robinet

• Appliquez les précautions d’incendie appropriées pour l’usage d’un brûleur

• Nettoyez tous les déversements immédiatement

• Lavez-vous les mains après avoir effectué le laboratoire

SCHÉMA DE L’ÉQUIPEMENT

1. Lunettes de sécurité 2. Statif

3. Brûleur 4. Anneau de fer 5. Toile métallique 6. Creuset

7. Pince à creuset 8. Briquet

APPLICATION DU LABORATOIRE

Chimie 30S et avancée: Les réactions chimiques

Détermination de la formule empirique d’un composé hydraté MESURES DE MASSES

1. Masse du creuset sec et propre _ _,_ _ g

2. Masse d’hydrate bleu _ _,_ _ g

3. Masse du composé anhydre (séché) et creuset refroidi _ _,_ _ g

4. Masse du composé anhydre (séché) _ _,_ _ g

5. Masse d’eau évaporée _ _,_ _ g

OBSERVATIONS

Propriétés physiques à noter telles qu’un changement de couleur, perte de masse d’hydrate ou autres modifications de la procédure qui peuvent affecter vos conclusions.

CALCULS

Vos calculs doivent suivre une séquence mathématique logique et correcte qui démontre toutes les étapes, incluant les unités. Vérifiez vos calculs en vous référant à la feuille des résultats disponible de votre professeur.

1. Pourcentage de composition d’eau. 2. Nombres de moles d’eau.

3. Nombre de moles de sulfate de cuivre(II) anhydre (séché).

4. Rapport entre les moles d’eau et les moles de sulfate de cuivre(II) anhydre (séché).

5. Pourcentage d’erreur de composition d’eau moyenne à partir de la feuille des résultats.

Utilisez la formule ^{(%𝐻2𝑂𝑚𝑜𝑦𝑒𝑛𝑛𝑒−%𝐻2𝑂𝑡ℎé𝑜𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒)}

%𝐻2𝑂𝑡ℎé𝑜𝑟𝑖𝑞𝑢𝑒 𝑥100%.

GRAPHIQUE

1. Sur la feuille de papier quadrillé fournie, construisez un graphique de la fonction de moles d’eau (l’axe des y) par rapport aux moles de CuSO4 anhydre (l’axe des x) à partir de la feuille de données fournie par l’instructeur.

2. Avec une règle, tracez une ligne de tendance qui touche le point (0,0), ensuite calculez la pente de votre ligne. Effectuez des calculs complets sur votre graphique, y compris des unités.

Chimie 30S et avancée: Les réactions chimiques

Détermination de la formule empirique d’un composé hydraté

Rapport entre les moles d’eau et les moles de sulfate de cuivre(II) anhydre illustrant la loi des proportions définies

CONCLUSION

Résumez les résultats de l’expérience en répondant aux 3 objectifs. Utilisez la rubrique d’évaluation comme ligne directrice pour créer votre conclusion.

Remettez

ce livret de laboratoire complété, incluant votre graphique et une conclusion en vos propre mots sur une page additionnelle. Ne dépassez pas 250 mots (dactylographié à double interligne) dans votre conclusion.

Chimie 30S et avancée: Les réactions chimiques

Détermination de la formule empirique d’un composé hydraté

Nom : N^o de groupe : Période :

Rubrique d’évaluation : Rapport de laboratoire (9 points)

Critères Débutant En développement À niveau

Schéma, données et observations

Le rapport est incomplet (0) ou contient moins de 2 des critères du niveau

le plus élevé (1)

Le rapport est incomplet soit dans le schéma, les mesures de masses, ou les observations (2)

Un schéma complet, toutes les mesures de masses, et une ou plusieurs observations pertinentes sont

présents (3)

Calculs

Aucun calcul soumis (0) ou les calculs contiennent plus que 3

erreurs dans soit les réponses, la séquence

ou les unités(1)

Les calculs contiennent entre 2 et 3 erreurs dans soit les réponses, la séquence ou les

unités (2)

Réponses correctes aux 5 calculs, chacune suivant une séquence mathématique correcte, montrant

toutes les unités (3)

Graphique, incluant la pente

Le graphique est manquant (0)ou moins de 4 critères de niveau expert sont présents

(1)

Le graphique contient au moins 4 des six critères du niveau le

plus haut (2)

Le graphique contient des axes étiquetés, y compris des unités, une échelle appropriée sur les deux axes, des coordonnées correctement tracées,

une ligne de tendance qui touche le nombre maximum de points, incluant

le point (0, 0) et une pente correctement calculée qui démontre une séquence mathématique logique.

(3) Rubrique d’évaluation : Conclusion (7 points)

Critères Débutant En développement À niveau

La conclusion est originale (aucun autre critère

n’est évalué s’il ne l’est pas)

Certains aspects de la conclusion sont les mêmes que ceux d’un

autre élève ou que la conclusion entière est la

même que celle d’un autre élève

Ce niveau ne s’applique pas à ces critères d’évaluation

La conclusion est écrite dans les propres mots de l’élève

Objectifs résumés Aucun objectif n’est résumé (0)

Tous les objectifs ne sont pas résumés, ou les objectifs sont simplement recopiés en utilisant

le même libellé que l’objectif indiqué ou la conclusion dépasse

250 mots dactylographié (1)

Chaque objectif est résumé dans les propres mots de l’élève dans un maximum de 250 mots dactylographié

(2)

Chaque objectif est répondu en faisant

référence aux résultats

Aucune conclusion présente (0) ou conclusion ne manque plus de 3 des critères du niveau le plus haut(1)

La conclusion contient tous les critères du niveau le plus haut

sauf 2 ou 3 (2)

Les 3 objectifs sont répondus correctement et de façon concise en

format paragraphe en référant les résultats des calculs, le graphique et la

pente, y compris les unités appropriés et le pourcentage d’erreur (3)

Les écarts entre les résultats expérimentaux et

les résultats attendus sont

expliqués

Aucune explication de la différence entre les résultats attendus et

expérimentaux ou l’amélioration apportées

à la conception du laboratoire (0)

La conclusion contient une explication de la différence entre

les résultats attendus et expérimentaux ou un énoncé

d’explication quant aux améliorations apportées à la conception du laboratoire qui ne

donneraient pas de meilleurs résultats (1)

La conclusion contient une explication de la différence entre les résultats attendus et expérimentaux ou une déclaration d’explication quant aux

améliorations apportées à la conception du laboratoire qui démontre une auto-réflexion du processus de laboratoire et/ou une compréhension plus approfondie du

concept examiné (2)

/16

calcul 1. calcul 2. calcul 3. calcul 4.

n^o de masse masse masse pourcentage moles moles rapport de moles groupe d'hydrate CuSO₄ H₂O H₂O H₂O d'anhydre H₂O : CuSO₄

(g) (g) (g) l'axe y l'axe x

1 0.25 0.18 0.07 28.0% 3.9E-03 1.1E-03 3.4

2 0.35 0.23 0.12 34.3% 6.7E-03 1.4E-03 4.6

3 0.44 0.30 0.14 31.8% 7.8E-03 1.9E-03 4.1

4 0.55 0.36 0.19 34.5% 1.1E-02 2.3E-03 4.7

5 0.62 0.40 0.22 35.5% 1.2E-02 2.5E-03 4.9

6 0.65 0.40 0.25 38.5% 1.4E-02 2.5E-03 5.5

7 0.75 0.47 0.28 37.3% 1.6E-02 2.9E-03 5.3

8 0.80 0.54 0.26 32.5% 1.4E-02 3.4E-03 4.3

34.05% MOYENNE 4.6

calcul 1. calcul 2. calcul 3. calcul 4.

n^o de masse masse masse pourcentage moles moles rapport de moles groupe d'hydrate CuSO4 H2O H2O H2O CuSO4 H2O : CuSO4

(g) (g) (g) l'axe y l'axe x

1 0.25 0.18 0.07 28.0% 3.9E-03 1.1E-03 3.4

2 0.35 0.23 0.12 34.3% 6.7E-03 1.4E-03 4.6

3 0.44 0.30 0.14 31.8% 7.8E-03 1.9E-03 4.1

4 0.55 0.36 0.19 34.5% 1.1E-02 2.3E-03 4.7

5 0.62 0.40 0.22 35.5% 1.2E-02 2.5E-03 4.9

6 0.65 0.40 0.25 38.5% 1.4E-02 2.5E-03 5.5

7 0.75 0.47 0.28 37.3% 1.6E-02 2.9E-03 5.3

8 0.80 0.54 0.26 32.5% 1.4E-02 3.4E-03 4.3

34.05% MOYENNE 4.6

calcul 1. calcul 2. calcul 3. calcul 4.

n^o de masse masse masse pourcentage moles moles rapport de moles groupe d'hydrate CuSO₄ H₂O H₂O H₂O CuSO₄ H₂O : CuSO₄

(g) (g) (g) l'axe y l'axe x

1 0.25 0.18 0.07 28.0% 3.9E-03 1.1E-03 3.4

2 0.35 0.23 0.12 34.3% 6.7E-03 1.4E-03 4.6

3 0.44 0.30 0.14 31.8% 7.8E-03 1.9E-03 4.1

4 0.55 0.36 0.19 34.5% 1.1E-02 2.3E-03 4.7

5 0.62 0.40 0.22 35.5% 1.2E-02 2.5E-03 4.9

6 0.65 0.40 0.25 38.5% 1.4E-02 2.5E-03 5.5

7 0.75 0.47 0.28 37.3% 1.6E-02 2.9E-03 5.3

8 0.80 0.54 0.26 32.5% 1.4E-02 3.4E-03 4.3

d'erreur 34.05% MOYENNE 4.6

Données de classe : Calculs de pourcentage d'eau, moles, et la formule empirique de l'hydrate

Données de classe : Calculs de pourcentage d'eau, moles, et la formule empirique de l'hydrate

Données de classe : Calculs de pourcentage d'eau, moles, et la formule empirique de l'hydrate

Calculer les formules moléculaires

Une molécule est formée de 1,52 g d’azote et de 3,47 g d’oxygène. Sachant que sa masse molaire se situe entre 90 g·mol

^-1

et 95 g·mol

^-1

, déterminez sa formule moléculaire et sa masse molaire exacte, (Chang & Goldsby, 2014, p.

103).

Un composé est formé de 6,444 g de bore et de 1,803 g d’hydrogène. La masse molaire du composé est d’environ 30 g. Quelle est sa formule moléculaire?

NO₂, N₂O₄ ; B₂H₆

Les réactions chimiques

Réaction chimique : la rupture et la remise à neuf de liaisons chimiques pour produire une nouvelle substance à faible énergie ayant des propriétés chimiques et physiques

différentes des matières de départ.

Équation chimique : la représentation d’une réaction chimique. Spécifiquement, un moyen de montrer les particules impliquées dans le début et la fin d’une réaction chimique.

Les équations chimiques sont une invention humaine pour comprendre les réactions chimiques.

Les équations chimiques doivent être équilibrées afin de respecter la loi de conservation de

la masse.

Anatomie d’une équation chimique équilibrée

__C(s) + __O ₂ (g) → __CO ₂ (g)

Pour équilibrer :

flèche de réaction produits

réactifs indice d’atome

indice de phase coefficient

indices de phase (s)

(l) (aq) (g)

Équilibrer les équations chimiques

Allez plus loin: calculez la masse formulaire des composés ; calculez la somme des masses formulaires des réactifs et des produits après avoir équilibré l’équation; notez le type de chaque réaction ; écrivez les équations en mots.

A. __Na(s) + __Cl₂(g) → __NaCl(s) E. __CaCl₂(aq) + __Na₂CO₃(aq) → __CaCO₃(s) + __NaCl(aq)

B. __HgO(s) → __Hg(l) + __O₂(g) F. __CH₄(g) + __O₂(g) → __CO₂(g) + __H₂O(g)

C. __Cl₂(aq) + __NaBr(aq) → __NaCl(aq) + __Br₂(aq) G. __C₂H₄(g) + __O₂(g) → __CO₂(g) + __H₂O(g)

D. __Zn(s) + __HCl(aq) → __H₂(g) + __ZnCl₂(aq) H. __KClO₃(s) → __KCl(s) + __O₂(g)

I. __C₂H₆(g) + __O₂(g) → __CO₂(g) + __H₂O(g)

Étapes pour équilibrer les équations chimiques

Étape 1. Placez un coefficient de un à côté de la formule chimique la plus complexe ou qui a le plus gros nombre d’atomes. Notez le nombre et l’identité de chaque atome dans le composé.

Étape 2. Écrivez un coefficient à côté de l’autre formule chimique avec le.s même.s atome.s sur l’autre côté de l’équation pour équilibrer le nombre d’atomes de l’élément.

Étape 3. Répétez étape 2 jusqu’à ce que tous les atomes dans le premier composé sont balancés.

Étape 4. Vérifiez si tous les atomes sont équilibrés. Si non, écrivez un coefficient devant des composés qui ne sont pas équilibrés.

Étape 5. Vérifiez si tous les coefficients sont simplifiés au plus petit nombre naturel (1, 2, 3, …).

Le balancement des équations physiques au lien http://www.alloprof.qc.ca/BV/Pages/s1072.aspx

Les équations squelettes et de mots

Équation squelette: Résumé d’une réaction chimique à l’aide de symboles : peut être incomplète ou non balancée.

Équation de mots : résumé d’une réaction chimique en mots qui peuvent être traduits en équation chimique.

Chimie 30S et avancée : Les réactions chimiques

Prédire, équilibrer et identifier les types de réactions chimiques Partie A:

Équilibrer les équations suivantes en utilisant des coefficients qui sont les plus petits nombres entiers, ensuite déterminer le type de réaction, soit synthèse, décomposition, déplacement simple, déplacement double ou combustion.

Équation chimique Type de réaction

1. ___S8 + ___O2 ___SO3

2. ___HgO ___Hg + ___O2

3. ___Na + ___H2O ___NaOH + ___H2

4. ___C10H16 + ___Cl2 ___C + ___HCl

5. ___FeS2 + ___O2 ___Fe2O3 + ___SO2

Non-applicable

6. ___C5H10 + ___O2 ___CO2 + ___H2O 7. ___K + ___Br2 ___KBr

8. ___SiO2 + ___HF ___SiF4 + ___H2O 9. ___KClO3 ___KCl + ___O2

10.___P4O10 + ___H2O ___H3PO4

11. ___Sb + ___O2 ___Sb4O6

12. ___HClO4 + ___P4O10 ____H3PO4 + ____Cl2O7

Non-applicable

13. ___C2H5OH + ___O2 ___CO2 + ___H2O

14. ___Ca3(PO4)2 + ___SiO2 + ___C ___CaSiO3 + ___P4 + ___CO

Non-applicable

®

®

®

®

®

®

®

®

®

®

®

®

®

®

Chimie 30S et avancée : Les réactions chimiques

Prédire, équilibrer et identifier les types de réactions chimiques Partie B:

Prédire les produits, le cas échéant, et écrivez l’équation équilibrée pour chaque équation chimique verbaux.

1. Hydroxyde de sodium oxyde de sodium + eau

2. Fer + oxygène oxyde de fer(III)

3. Dioxyde de carbone + eau glucose (formule C6H12O6) + oxygène

4. Sulfure de fer(II) + acide chlorhydrique (formule HCl) chlorure de fer(II) + sulfure d’hydrogène

5. Oxygène + hydrogène (prédire les produits de la réaction de synthèse)

6. Chlore + iodure de sodium chlorure de sodium + iode

7. Nitrate d’aluminium + acide sulfurique (formule H2SO4) sulfate d’aluminium + acide nitrique (formule HNO3)

8. Oxyde d’argent est décomposé en ces éléments

9. Phosphate d’ammonium + hydroxyde de baryum réagissent dans une réaction de déplacement double

10. Hydroxyde de calcium + acide nitrique (formule HNO3)

®

®

®

®

®

®

®

Chimie 30S et avancée : Les réactions chimiques Types de réactions et l’équilibrage

PARTIE 1

Équilibrez les équations suivantes et indiquez le type de réaction, soit synthèse, décomposition, déplacement simple, déplacement double ou combustion.

1. ____ NaBr + ____ H3PO4 → ____ Na3PO4 + ____ HBr

2. ____ Ca(OH)2 + ____ Al2(SO4)3 → ____ CaSO4 + ____ Al(OH)3

3. ____ Mg + ____ Fe2O3 → ____ Fe + ____ MgO 4. ____ C2H4 + ____ O2 → ____ CO2 + ____ H2O 5. ____ PbSO4 → ____ PbSO3 + ____ O2

6. ____ NH3 + ____ I2 → ____ N2I6 + ____ H2

7. ____ H2O+ ____ SO3 → ____ H2SO4

8. ____ H2SO4 + ____ NH4OH → ____ H2O + ____ (NH4)2SO4

9. _____ CaF2 + _____ Na → _____ NaF + _____ Ca 10. _____ CaCO3 → _____ CaO + _____ CO2

11. _____ HNO3 + _____ NaHCO3 → _____ NaNO3 + _____ H2CO3

12. _____ H2O + _____ O2 → _____ H2O2

13. _____ NaF + _____ CaBr2 → _____ NaBr + _____ CaF2

14. _____ Ag2S → _____ Ag + _____ S8

15. _____ FeBr2 + _____ AgNO3 → _____ Fe(NO3)2 + _____ AgBr 16. _____ HNO3 + _____ Ba(OH)2 → _____ Ba(NO3)2 + _____ H2O

Les 5 types de réactions chimiques

1.

2.

3.

4.

5.

Les réactions de synthèse

Un morceau de laine d’acier réagit avec l’oxygène pour produire l’oxyde de fer (III).

Les réactions de décomposition

Le peroxyde d’hydrogène réagit dans la présence d’un catalyseur (dioxyde de manganèse (IV))

pour produire de l’eau et de l’oxygène diatomique.

Les réactions de déplacement simple

Le cuivre solide réagit avec une solution aqueuse de nitrate d’argent pour produire un précipité

d’argent et une solution bleue de nitrate de cuivre (II).

Les réactions de déplacement double

Des solutions aqueuses de nitrate de plomb (II) et iodure de potassium sont combinées pour

produire un précipité d’iodure de plomb (II) et une solution aqueuse de nitrate de potassium.

Les réactions de combustion

L’éthanol brûle en présence d’oxygène pour produire du gaz carbonique et de la vapeur d’eau.

Les moles et les réactions chimiques

Les réactions chimiques balancées se lisent en unités de moles ! Ceci nous permet de comparer les nombres d’atomes exacts car les masses de chaque produit chimique diffèrent et ne peuvent pas être comparés.

2 C(s) + 1 O ₂ (g) → 2 CO(g)

La stœchiométrie

Une méthode de calcul utilisant les moles qui nous permet de prédire les montants de produits et réactifs, soient en grammes, moles, ou litres.

Ex. 1: Calculez la masse de dioxyde de carbone produit dans la combustion de 0,802 g de méthane. Suppose que la quantité d’oxygène est suffisante.

1 CH

_4(g)

+ 2 O

_2(g)

→ ^{1 CO}

_2(g)

^{+ 2 H}

₂

^O

_(l)

Moles de CH

₄

:

Réactif limitant (substance entièrement utilisée):

Moles de CO

₂

à partir du rapport entre CH

_4(g)

et CO

_2(g)

:

Masse de CO

₂

:

Votre professeur conduit un DeLorean compact de 1982 avec un moteur convecteur temporel (« flux capacitor ») qui brûle un mélange de carburant de 85% de méthanol, formule CH

₃

OH (densité 0,792g/mL) et de 15% d’hexane,

formule C

₆

H

₁₄

(densité de 0,655g/mL.) La fréquence de remplissage est 2x/semaine car le véhicule est utilisé pour le voyage dans le temps et doit atteindre une vitesse supérieure à 88 mph pour déstabiliser le continuum

spatiotemporel.

Quelle est l’empreinte carbone annuel de la voiture de votre professeur ?

Équation chimique balancée: CH

₃

OH

_(g)

+ O

_2(g)

→ ^CO

_2(g)

^{+ H}

₂

^O

_(g)

Masse de CH

₃

OH : Moles de CH

₃

OH :

Moles de CO

₂

à partir du rapport entre CH

₃

OH et CO

₂

: Masse de CO

₂

:

La stœchiométrie : empreinte carbonique Partie 1

Votre professeur conduit un DeLorean compact de 1982 avec un moteur convecteur temporel (« flux capacitor ») qui brûle un mélange de carburant de 85% de méthanol, formule CH

₃

OH (densité 0,792g/mL) et de 15% d’hexane,

formule C

₆

H

₁₄

(densité de 0,655g/mL.) La fréquence de remplissage est 2x/semaine car le véhicule est utilisé pour le voyage dans le temps et doit atteindre une vitesse supérieure à 88 mph pour déstabiliser le continuum

spatiotemporel.

Quelle est l’empreinte carbone annuel de la voiture de votre professeur ?

Équation chimique balancée:

Masse de C

₆

H

₁₄

: Moles de C

₆

H

₁₄

:

Moles de CO

₂

à partir du rapport entre C

₆

H

₁₄

: et CO

₂

: Masse de CO

₂

:

La stœchiométrie : empreinte carbonique Partie 2