Expérience sur le Volume Molaire des Gaz et l'Hypothèse d'Avogadro
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Objectifs de l'expérience
- Déterminer le volume molaire d'un gaz.
- Tester l'hypothèse d'Avogadro.
- Comprendre la notion de réactif limitant et de réactif en excès dans une réaction chimique.
- Déterminer les quantités stœchiométriques de réactifs nécessaires pour produire une quantité donnée de produits.
- Déterminer le rendement en pourcentage d'une réaction chimique.
Introduction
Un des points importants mis en évidence dans cette expérience est que l'un des produits de la réaction est un gaz. Ce produit sera recueilli et permettra de déterminer son volume molaire.
L'hypothèse d'Avogadro stipule que deux gaz ayant le même volume (à la même pression et température) doivent contenir le même nombre de molécules. Chaque molécule, selon les atomes qui la composent, devrait avoir une masse spécifique. Ainsi, la masse relative d'un gaz peut être déterminée en fonction du volume qu'il occupe. L'hypothèse d'Avogadro a permis de déterminer la masse moléculaire relative de ces gaz.
Ordre logique de la détermination des masses relatives
- La masse d'un litre d'un gaz est la masse de l'ensemble des molécules de ce gaz.
- Un litre de tout gaz contient le même nombre de molécules.
- Par conséquent, un litre d'un gaz a deux fois la masse d'un litre d'un autre gaz si chaque molécule du premier gaz pèse deux fois celle du second gaz.
- En général, les masses relatives des molécules de tous les gaz peuvent être déterminées en pesant des volumes égaux de gaz.
Conditions Normales de Température et de Pression (CNTP)
Aux Conditions Normales de Température et de Pression (CNTP) [p = 1 atm et T = 273 K], un litre d'hydrogène pèse 0,09 g et un litre d'oxygène pèse 1,43 g. Selon l'hypothèse d'Avogadro, ces deux gaz ont le même nombre de molécules.
Le rapport de masse entre les deux gaz est de 1,43 / 0,09 ≈ 15,9 (environ 16). La relation entre une molécule d'oxygène et une molécule d'hydrogène est donc de 16 à 1. Les masses atomiques relatives figurant dans le tableau périodique sont basées sur un volume molaire de 22,4 litres aux CNTP.
Définition d'un gaz
Un gaz est un état d'agrégation de la matière où les substances n'ont pas de forme ou de volume propre, adoptant ceux des récipients qui les contiennent.
Concepts clés en chimie des gaz
- Gaz idéal
- Un gaz idéal est un gaz hypothétique composé de particules ponctuelles, sans attraction ni répulsion entre elles, et dont les collisions sont parfaitement élastiques.
- L'équation des gaz parfaits
- L'équation des gaz parfaits est PV = nRT, où P est la pression, V le volume, n le nombre de moles, R la constante des gaz parfaits et T la température.
- Volume molaire d'un gaz
- Le volume molaire d'un gaz est le volume occupé par une mole de gaz. Aux conditions normales de température et de pression (CNTP), le volume molaire d'un gaz est de 22,4 litres. Cela signifie qu'une mole de n'importe quel gaz occupe le même volume dans les mêmes conditions de pression et de température.
- Principe d'Avogadro
- Selon le principe d'Avogadro, des volumes égaux de différentes substances gazeuses, mesurés dans les mêmes conditions de pression et de température, contiennent le même nombre de particules.
- Pression d'un gaz
- La pression d'un gaz est la force exercée par unité de surface lorsque les molécules de gaz entrent en collision les unes avec les autres et avec les parois d'un récipient.
- Volume d'un gaz
- Le volume d'un gaz correspond aux dimensions de l'espace occupé par ce gaz. Dans un système fermé, le gaz occupe tout le volume du système.
Variables influençant le comportement des gaz
- Pression
- Température
- Quantité (nombre de moles)
- Volume
- Densité