Stœchiométrie — étape par étape

La stœchiométrie consiste à utiliser une équation chimique équilibrée pour calculer la quantité de réactif nécessaire ou la quantité de produit formée. Dans la plupart des exercices, la méthode est simple : convertir la quantité donnée en moles, utiliser le rapport molaire de l’équation, puis convertir dans l’unité demandée.

Si l’exercice commence avec des grammes, on convertit généralement d’abord les grammes en moles. S’il demande une réponse en grammes à la fin, on reconvertit les moles en grammes. Si plusieurs quantités de réactifs sont données, il faut aussi vérifier quel réactif s’épuise en premier.

Comment faire de la stœchiométrie étape par étape

Pour la plupart des exercices introductifs de stœchiométrie, voici la méthode complète :

1. Équilibrer l’équation chimique.
2. Convertir la quantité donnée en moles si elle n’est pas déjà en moles.
3. Utiliser les coefficients de l’équation équilibrée comme rapport molaire.
4. Convertir le résultat dans l’unité demandée par la question.

C’est toute la structure. La plupart des erreurs arrivent parce qu’une de ces étapes est oubliée ou faite dans le mauvais ordre.

Pourquoi il faut d’abord une équation équilibrée

Les coefficients indiquent le rapport de réaction en moles, pas en grammes. Par exemple, dans

$$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$$

les coefficients sont $1:1:1$, donc $1$ mole de $CaCO_3$ produit $1$ mole de $CO_2$ si la décomposition est complète.

Si l’équation n’était pas équilibrée, toutes les conversions suivantes seraient fausses. La stœchiométrie fonctionne uniquement parce que l’équation équilibrée conserve le nombre de chaque type d’atome.

Exemple de stœchiométrie résolu : des grammes aux grammes

Supposons que $25.0\ \mathrm{g}$ de carbonate de calcium, $CaCO_3$, se décomposent complètement. Combien de grammes de dioxyde de carbone, $CO_2$, se forment ?

Commençons par l’équation équilibrée :

$$CaCO_3 \rightarrow CaO + CO_2$$

Étape 1 : convertir la masse donnée en moles

Utilisez la masse molaire de $CaCO_3$, qui vaut environ $100.09\ \mathrm{g/mol}$.

$$\text{moles de } CaCO_3 = \frac{25.0\ \mathrm{g}}{100.09\ \mathrm{g/mol}} \approx 0.250\ \mathrm{mol}$$

Étape 2 : utiliser le rapport molaire

L’équation montre un rapport $1:1$ entre $CaCO_3$ et $CO_2$.

$$0.250\ \mathrm{mol}\ CaCO_3 \rightarrow 0.250\ \mathrm{mol}\ CO_2$$

Étape 3 : convertir les moles de produit en grammes

Utilisez la masse molaire de $CO_2$, qui vaut environ $44.01\ \mathrm{g/mol}$.

$$\text{masse de } CO_2 = 0.250\ \mathrm{mol} \times 44.01\ \mathrm{g/mol} \approx 11.0\ \mathrm{g}$$

Donc, si la réaction est complète, $25.0\ \mathrm{g}$ de $CaCO_3$ produisent environ $11.0\ \mathrm{g}$ de $CO_2$.

Cet exemple montre la logique habituelle de la stœchiométrie : masse $\rightarrow$ moles $\rightarrow$ rapport molaire $\rightarrow$ masse.

Le chemin de conversion en stœchiométrie

Beaucoup d’élèves trouvent la stœchiométrie plus facile lorsqu’ils la voient comme une chaîne d’unités :

$$\text{unité donnée} \rightarrow \text{moles de la substance donnée} \rightarrow \text{moles de la substance recherchée} \rightarrow \text{unité recherchée}$$

Si l’exercice commence en moles, on saute la première conversion. Si la réponse doit être en moles, on s’arrête avant la dernière conversion.

Erreurs fréquentes en stœchiométrie

Utiliser les coefficients comme des rapports de masse

Les coefficients comparent des moles, pas des grammes. Un rapport molaire $1:1$ ne signifie pas des masses égales.

Oublier d’équilibrer d’abord

Une équation non équilibrée donne un mauvais rapport molaire, donc même un calcul soigné produira une mauvaise réponse.

Sauter l’étape des moles

Si l’exercice commence avec des grammes, des litres ou des particules, ne passez pas directement à l’autre substance. Le rapport molaire s’applique en passant par les moles.

Ignorer le réactif limitant

Si des quantités de deux réactifs ou plus sont données, c’est l’apport stœchiométrique le plus faible qui détermine la quantité de produit. La méthode simple en quatre étapes ci-dessus fonctionne toujours, mais il faut d’abord identifier le réactif limitant.

Quand la stœchiométrie est utilisée en chimie

La stœchiométrie est utilisée chaque fois qu’en chimie on demande « quelle quantité ? ». On la retrouve dans le rendement de réaction, la production de gaz, la combustion, la chimie des solutions, le titrage et la préparation au laboratoire.

Elle est particulièrement utile une fois que vous savez déjà équilibrer des équations et calculer une masse molaire, car ces deux idées fournissent presque tout ce dont la stœchiométrie a besoin.

Essayez un exercice de stœchiométrie similaire

Utilisez la même réaction et inversez la question : si vous avez besoin de $22.0\ \mathrm{g}$ de $CO_2$, combien de grammes de $CaCO_3$ doivent se décomposer ? Résoudre cette version est un bon moyen de vérifier si l’étape du rapport molaire est vraiment comprise.