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Le bilan de matière

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Objectif

Une fois l'équation d'une réaction établie, le chimiste doit pouvoir donner à l'avance ou être capable d'expliquer la quantité produite de produit. Comment opère-t-il ?

1. Signification de l'équation chimique

Considérons l'équation de la réaction de combustion du méthane (gaz de ville) :

CH₄ (g) + 2 O₂ (g) → CO₂ (g) + 2 H₂O (l)

D'un point de vue microscopique, elle signifie que lorsqu'une molécule de méthane rencontre deux molécules de dioxygène alors il se forme une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d'eau.

Mais la chimie ne se limite pas au monde microscopique : on ne manipule pas une ou deux molécules mais un nombre inimaginable. Le chimiste manipule en réalité des moles. Cependant, le lien est assez simple à établir car une mole est l'unité légale de mesure qui représente un ensemble de 6.10²³ espèces chimiques identiques.

Dans ces conditions, on peut tout aussi bien dire que : 1 mole de méthane réagit avec deux moles de dioxygène pour donner 1 mole de dioxyde de carbone et 2 moles d'eau.

D'un point de vue pratique, on dira même que lorsque 1 mole de méthane disparaît, alors 2 moles de dioxygène disparaissent en même temps et 1 mole de dioxyde de carbone apparaît avec 2 moles d'eau.

En allant même plus loin, puisque le chimiste ne manipule pas nécessairement un nombre entier de quantité de matière :

Lorsque x moles de méthane disparaissent avec 2x moles de dioxygène, il se forme x moles de dioxyde de carbone et 2x moles d'eau.

2. Le bilan de matière

L'exploitation de l'équation de la réaction chimique est la première étape du bilan de matière. En effet, à partir de ce constat, on doit être capable de déterminer :

o quel réactif disparaît totalement (réactif limitant)
o la quantité en moles du ou des réactifs en excès qui reste en fin de réaction
o la quantité en moles de chaque produit qui apparaît.

Par exemple :
Si je réalise la combustion de 0,5 mole de méthane dans 2,5 moles de dioxygène : tout le méthane disparaît pour donner 0,5 mole de dioxyde de carbone et 1 mole d'eau sachant qu'il reste 1,5 mole de dioxygène. Le méthane est donc le réactif limitant et le dioxygène, le réactif en excès.

L'essentiel

Le bilan de matière est le calcul qui conduit à préciser la quantité de matière en moles disparues de chaque réactif et la quantité en moles de chaque produit qui apparaît.

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