Stœchiométrie chimique et gaz

La stœchiométrie chimique décrit les relations quantitatives entre les réactifs et les produits dans les réactions chimiques.

En plus de mesurer les quantités de réactifs et de produits en utilisant des masses pour les solides et des volumes en conjonction avec la molarité pour les solutions ; maintenant, les volumes de gaz peuvent également être utilisés pour indiquer des quantités. Si le volume, la pression et la température d’un gaz sont connus, alors l’équation du gaz parfait, qui sert à calculer le nombre de moles du gaz, peut être utilisée. Inversement, si la quantité de moles de gaz est connue, le volume d’un gaz à n’importe quelle température et pression peut être déterminé.

A titre d’exemple, calculons le volume d’hydrogène à 27 °C et 723 torr préparé à partir de la réaction de 8,88 g de gallium avec un excès d’acide chlorhydrique.

Tout d’abord, convertissez la masse fournie du réactif limitant, Ga, en moles d’hydrogène produit :

Convertissez les valeurs de température et de pression fournies en unités appropriées (K et atm, respectivement), puis utilisez la quantité molaire d’hydrogène gazeux et l’équation du gaz parfait pour calculer le volume de gaz :

La loi d’Avogadro revue

On peut également tirer parti d’une caractéristique simple de la stœchiométrie des gaz, que les solides et les solutions ne présentent pas : tous les gaz présentant un comportement idéal contiennent le même nombre de molécules dans le même volume (à la même température et à la même pression). Ainsi, les rapports des volumes de gaz impliqués dans une réaction chimique sont donnés par les coefficients de l’équation de la réaction, à condition que les volumes de gaz soient mesurés à la même température et à la même pression.

La loi d’Avogadro peut être élargie (que le volume d’un gaz est directement proportionnel au nombre de moles du gaz) aux réactions chimiques avec des gaz : les gaz se combinent, ou réagissent, en proportions de volume simples et définies, à condition que tous les volumes de gaz soient mesurés à la même température et à la même pression.

Par exemple, puisque les gaz d’azote et d’hydrogène réagissent pour produire le gaz d’ammoniac selon  

un volume donné d’azote gazeux réagit avec trois fois ce volume d’hydrogène gazeux pour produire deux fois ce volume d’ammoniac gazeux, si la pression et la température restent constantes.

Selon la loi d’Avogadro, des volumes égaux de N₂, H₂ et NH₃ gazeux, à la même température et à la même pression, contiennent le même nombre de molécules. Comme une molécule de N₂ réagit avec trois molécules de H₂ pour produire deux molécules de NH₃, le volume de H₂ nécessaire est trois fois le volume de N₂, et le volume de NH₃ produit est deux fois le volume de N₂.

Ce texte est adapté de Openstax, Chimie 2e, Chapitre 9.3 Stœchiométrie des substances gazeuses, mélanges gazeux et réactions gazeuses.