Réactions chimiques
Exercice 1
Équilibrer les équations chimiques suivantes :
$H_{2}O_{2_{\boxed{\longrightarrow}}}H_{2}O+O_{2}$
$H_{2}S+O_{2_{\boxed{\longrightarrow}}}SO_{2}+S+H_{2}O$
$C_{6}H_{6}+C1_{2_{\boxed{\longrightarrow}}}C_{6}H_{4}C1_{2}+HC1$
$H_{2}SO_{4}+Ca3\left(PO_{4}\right)_{2_{\boxed{\longrightarrow}}}H_{3}PO_{4}+CaSO_{4}$
$MnO_{2}+HC1_{\boxed{\longrightarrow}}MnC1_{2}+C1_{2}+H_{2}O$
$Ca^{2+}+OH^{-}+CO_{2}\longrightarrow\,CaCO_{3}+H_{2}O$
$Na_{2}O_{2}+H_{2}O_{\boxed{\longrightarrow}}Na^{+}+OH^{-}+O_{2}$
$C_{n}H_{2n+2}+O_{2_{\boxed{\longrightarrow}}}CO_{2}+H_{2}O$
$C1^{-}+H_{2}O_{\boxed{\longrightarrow}}C1_{2}+H_{2}+OH$
$\boxed{C_{x}H_{y}+O_{2}\longrightarrow\,CO_{2}+H_{2}O C_{x}H_{y}O_{z}+O_{2}\longrightarrow\,CO_{2}+H_{2}O}$
$\boxed{C_{x}H_{y}O_{z}N_{t}+O_{2\longrightarrow CO_{2}+H_{2}O+N_{2}}}$
Exercice 2
Le gaz dichlore réagit avec l'essence térébenthine $C_{10}H_{16}$ pour donner du carbone et du chlorure d'hydrogène $HCl.$
1.1. Écrire et équilibrer l'équation chimique.
1.2. Déterminer la quantité en moles de $C_{10}H_{16}$ contenue dans $68\,g$ d'essence de térébenthine.
1.3. Déterminer la quantité en moles de dichlore $Cl_{2}$ nécessaire pour réagir avec $68\,g$ de térébenthine.
Calculer le volume de dichlore correspondant.
On donne
$M(H)=1 g/mol$ ;
$M(C)=12\,g/mol$ ;
$V_{m}=22.4\,L/mol$
Exercice 3
Le sodium réagit avec l'eau.
Il se forme des ions $Na^{+}$, des ions OH- ainsi que du dihydrogène.
1. Écrire l'équation de la réaction chimique correspondant à cette réaction.
2. Cette réaction dangereuse est effectuée avec $0.23\,g$ de sodium seulement que l'on introduit dans $1.0\,L$ d'eau.
Quelles sont les quantités de matière des réactifs en présence ?
3. Quel est le réactif limitant?
4. Quelle est la quantité de matière ainsi que la masse du corps restant à l'état final?
5. Déterminer le volume de dihydrogène dégagé à la température de $20^{\circ}C$
La constante d'état des gaz parfaits est $R=8.314 (SI)$ et la pression atmosphérique est $P_{atm}=1013\cdot 10^{5}Pa.$
Données : Masse volumique de l'eau : $M \rho_{\text{eau}}=1000\,g\cdot L^{-1}$ ; $M(H)=1\,g\cdot moL^{-1}$ ; $M(H)=1\,g\cdot mol^{-1}$ ; $M(Na)=23\,g\cdot moL^{-1}$ ; $M(O)=16\,g\cdot mol^{-1}$
Exercice 4
Un composé organique gazeux $A$, a pour formule $C_{x}H_{y}$ où $x$ et $y$ sont des nombres entiers.
1. On réalise la combustion complète d'une masse $m=1\,g$ de composé $A$ en présence d'un excès de dioxygène.
La réaction produit $m_{1}=1.64\,g$ d'eau.
Écrire l'équation-bilan de la réaction de combustion.
2. L'échantillon $A$ de masse $1\,g$ occupe un volume $V=545\,mL$ dans les conditions de l'expérience où le volume molaire est $V_{m}=24\,L\cdot mol^{-1}$
Quelle est la masse molaire du compose $A$ ?
On suppose que le gaz se comporte comme un gaz parfait.
3. Déduire des résultats des questions précédentes la formule brute du compose $A.$
4. Quel volume minimal de dioxygène faut-il mettre en œuvre pour réaliser la combustion complète de $15\,kg$ du compose $A$ ?
Exercice 5
Le réservoir d'une automobile contient $50\,L$ d'essence dont la masse volumique est $700\,g/L$
On admettra que cette essence est constituée uniquement d'octane $C_{8}H_{18}$
2.1. Calculer la masse d'essence contenue dans le réservoir.
2.2. Écrire la réaction de combustion de l'octane dans le dioxygène en supposant qu'il se produit uniquement de l'eau et du dioxyde de carbone.
2.3. Équilibrer cette équation bilan.
2.4. Calculer la masse molaire moléculaire de l'octane.
2.5. Calculer le nombre de moles contenues dans $35\,kg$ d'octane.
2.6. Sachant que pour brûler $10$ moles d'octane, il faut $125$ moles de dioxygène et qu'on obtient alors $90$ moles d'eau et $80$ moles de dioxyde de carbone.
On vous demande alors, lorsque les $50\,L$ d'essence sont consommés, de calculer :
$-\ $La masse d'eau produite.
$-\ $Le volume de dioxyde de carbone produit.
$-\ $Le volume d'air qui pénètre dans le moteur sachant que l'air contient $80\%$ de diazote et $20\%$ de dioxygène.
On donne :
$M(O)=16\,g/mol$ ;
$M(H)=1\,g/mol$ ;
$M(C)=12\,g/mol$ et
$V_{m}=24\,L/mol.$
Exercice 6
Le principal combustible solide utilisé dans la propulsion des missiles est un mélange d'aluminium et de perchlorate d'ammonium.
1. Le perchlorate d'ammonium $NH_{4}ClO_{4}$ se décompose en diazote, chlorure d'hydrogène, eau et dioxygène.
Rappeler la définition d'une réaction chimique puis écrire l'équation-bilan de la décomposition du perchlorate d'ammonium.
2. Une partie du dioxygène formé se combine à l'aluminium pour donner l'alumine $Al_{2}O_{3}$
Écrire l'équation bilan de cette réaction.
3. Montrer que ces deux réactions chimiques peuvent être traduites par l'équation bilan suivante :
$6 NH_{4}ClO_{4}+10Al\longrightarrow\,3N_{2}+6HCI+ H_{2}O+5A1_{2}O_{3}$
4. Un petit missile contient $54.0\,g$ d'aluminium : quelle masse minimale de perchlorate d'ammonium doit-il également contenir pour que tout l'aluminium soit transformé en alumine au cours de la réaction.
5. On mélange maintenant $10\,g$ de perchlorate d'ammonium et $10\,g$ d'aluminium.
5.1. Les proportions du mélange initial sont-ils stœchiométriques ? Sinon quel est le réactif limitant ?
Justifier.
5.2. Quelle masse d'alumine obtient-on si le rendement de la dernière réaction est de $80\%$ ?
Données :
$M(O)=16\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(A1)=27\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(N)=14\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(H)=1\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(C1)=35.5\,g\cdot mol^{-1}$
Exercice 7
Le minerai de cuivre, une pyrite de formule $CuS$ est d'abord grillé dans un grand four rotatif.
$CuS+3O_{2}\rightarrow\,2CuO+2SO_{2}$
L'oxyde de cuivre $II$ récupéré à l'issu du grillage est ensuite réduit par du carbone (coke)
$2CuO+C\rightarrow\,2Cu+CO_{2}$
L'étape intermédiaire a fourni $50\,kg$ d'oxyde de cuivre $II$
1. Établir le tableau d'avancement (le carbone est un réactif en excès).
Quel est l'avancement maximal ?
$2CuO+C\rightarrow\,2Cu+CO_{2}$
2. Quelle masse de cuivre peut-on théoriquement obtenir à partir de $50\,kg$ de $CuO$ ?
3. Quel volume de dioxyde de carbone obtient-on au cours de cette étape ?
4. Établir le tableau d'avancement (le dioxygène est un réactif en excès).
Quel est l'avancement maximal ?
$2Cu0+C\longrightarrow\, 2Cu+CO_{2}$
Déterminer l'avancement maximal et en déduire la masse de pyrite $CuS$ mise en jeu au cours de l'opération ayant permis d'obtenir $50\,kg$
5. Sachant que le grillage s'est effectué avec un rendement de $70\%$, quelle masse de pyrite $CuS$ a été mise en jeu au cours de l'opération de grillage ?
Données : Masse atomique molaire en
$g\cdot mol^{-1}$
$Cu=63.5$ ;
$O=16$ ;
$S=32$ ;
$V_{m}=24\,L/mol$
Exercice 8
On considère un mélange gazeux de volume $V=51$ contenant des quantités $n_{1}$ de propane $C_{3}H_{8}$ et $n_{1}$ de butane $C_{4}H_{10}$
1. Déterminer la quantité totale de gaz contenu dans ce volume
2. On réalise la combustion complète de ce mélange gazeux dans un excès de dioxygène
On obtient du dioxyde de carbone gazeux et de la vapeur d'eau
Écrire les équations des réactions de combustion complète de propane et de butane
3. Au cours de cette combustion, on obtient $19.0\,L$, de dioxyde de carbone gazeux
Déterminer la quantité de dioxyde de carbone formé et en déduire, à l'aide de deux tableaux d'avancement, une relation entre $n_{1}$ et $n_{2}$
4. Quel est le volume minimal de dioxygène nécessaire pour réaliser cette combustion ?
Donnée : Le volume molaire dans les conditions de l'expérience $V_{m}=25.0\,L/mol$
Exercice 9
Le dioxyde de carbone est un des gaz responsables de « l'effet de serre ».
Le fonctionnement des moteurs d'automobiles est l'une des causes importantes de rejet de $CO_{2}$ dans l'atmosphère.
On peut considérer que l'essence est constituée principalement par de l'octane, de formule brute.
$C_{8}H_{18}$
Un réservoir d'automobile contient $60\,L$ d'essence, soit une masse de $40\,kg$ d'octane.
1.1. Quelle est la quantité de matière (en mol) d'octane liquide correspondant à un plein d'essence ?
Masses molaires atomiques en
$\boxed{g\cdot mol^{-1}}$: carbone= $12$, hydrogène =$=1$, oxygène =$16.$
1.2. La combustion de l'octane, dans un moteur bien réglé, correspond à la réaction dont l'équation chimique est donnée ci-après :
$C_{8}H_{18}+O_{2}\longrightarrow 8CO_{2}+9H_{2}O$
Calculer le volume de $CO_{2}$ rejeté dans l'atmosphère par la combustion de la totalité de l'essence contenue dans le réservoir d'automobile.
Volume molaire du dioxyde de carbone dans les conditions de combustion de l'essence :$V_{m}=25\,L\cdot mol^{-1}$
1.3. Calculer la masse en kilogramme de dioxyde de carbone correspondante.
En déduire la masse de dioxyde de carbone émise au kilomètre, sachant que le véhicule consomme $8.5$ litres aux $100$ kilomètres.
Selon l'agence de l'environnement et de la Maîtrise de énergie $(ADEME)$, la forte croissance du taux d'équipement en climatisation automobile a des répercussions importantes sur les émissions de gaz à effet de serre (surconsommation annuelle de l'ordre de $5\%$ et rejets dans l'atmosphère de fluides frigorigènes des circuits de l'air conditionné).
u total, pour un véhicule de gamme moyenne émettant $175\,g$ de $CO_{2}$ au kilomètre, l'impact énergétique de la climatisation, surconsommation plus rejets de fluide, atteint $30$ grammes en plus de $CO_{2}$ par kilomètre parcouru.
1.4. Sur cette base, estimer l'impact « effet de serre » dû à la climatisation des $16$ millions de véhicules européens équipés vendus chaque année, en calculant le rejet moyen supplémentaire de dioxyde de carbone de l'ensemble du parc européen, en tonnes par kilomètre parcouru
Exercice 10
Le chlorate de potassium $KClO_{3}$ est une poudre utilisée dans les feux d'artifice pour obtenir des étincelles violettes sa réaction avec du carbone $(O)$ donne du dioxyde de carbone $CO_{2}$ et le chlorure de potassium $KCl.$
1. Écrire l'équation chimique de la réaction.
2. On réalise la transformation chimique à partir de $n1=1 mol$ de $KC1O_{3}$ et de $n2=1.5 mol$ de carbone.
Construire le tableau d'avancement et déterminer l'avancement final.
Indiquer les quantités de chaque espèce dans le système à l'état final.
3. On réalise la transformation chimique à partir de $25\,g$ de $KC1O_{3}$ et de $40\,g$ de carbone solides.
3-1.- Calculer les quantités de matière initiales des réactifs.
3-2- Construire le tableau d'avancement de la réaction. Déterminer l'avancement maximal de la réaction.
3-3- calculer le volume de dioxyde de carbone gazeux obtenu dans les conditions de l'expérience.
Données : Volume molaire d'un gaz dans les conditions de l'expérience :
$V_{m}=24\,L\cdot mol^{-1}$
Masses molaires atomiques :
$M(K)=39.1\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(C1)=35.5\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(O)=16\,g\cdot mol^{-1}$ ;
$M(C)=12\,g\cdot mol^{-1}$