Synthèse de l’oxyde de sodium

Comprendre la Synthèse de l’oxyde de sodium

L’oxyde de sodium (Na₂O) est un composé important utilisé dans la fabrication de verres, de céramiques et de certains réactifs chimiques.

La réaction de formation de l’oxyde de sodium à partir du sodium métallique et de l’oxygène est une réaction fondamentale en chimie inorganique.

Données:

• Masse molaire du sodium (Na) : 22,99 g/mol
• Masse molaire de l’oxygène (O₂) : 32,00 g/mol
• Masse molaire de l’oxyde de sodium (Na₂O) : 61,98 g/mol
• ΔH° de la réaction (Enthalpie de réaction à température et pression standards) : -416 kJ/mol
• Température de réaction : 200°C

Questions:

1. Écrire l’équation chimique bilancée de la réaction entre le sodium métallique et l’oxygène gazeux pour former l’oxyde de sodium.

2. Calculer la quantité de sodium métallique nécessaire pour produire 100 grammes d’oxyde de sodium.

3. Déterminer la quantité d’oxygène nécessaire pour cette réaction.

4. Calculer la variation d’enthalpie pour la production de 100 grammes d’oxyde de sodium.

5. Discuter de l’impact de la température sur le rendement de la réaction. Supposons que la réaction est totale à 200°C, comment la modification de la température pourrait affecter le rendement?

Correction : Synthèse de l’oxyde de sodium

1. Équation chimique bilancée

Équation réactionnelle :

\[ 4 \text{ Na} + \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{Na}_2\text{O} \]

2. Calcul de la quantité de sodium nécessaire

• Masse molaire de Na₂O: 61,98 g/mol
• Quantité désirée de Na₂O: 100 g

Calcul des moles de Na₂O :

\[ \text{Moles de Na}_2\text{O} = \frac{100 \text{ g}}{61,98 \text{ g/mol}} \] \[ \text{Moles de Na}_2\text{O} \approx 1,613 \text{ moles} \]

• Stœchiométrie de la réaction : Pour chaque 2 moles de Na₂O, 4 moles de Na sont nécessaires.

Calcul des moles de Na :

\[ \text{Moles de Na} = 1,613 \text{ moles de Na}_2\text{O} \times 2 \] \[ \text{Moles de Na} = 3,226 \text{ moles de Na} \]

Masse de Na requise :

\[ \text{Masse de Na} = 3,226 \text{ moles} \times 22,99 \text{ g/mol} \] \[ \text{Masse de Na} \approx 74,14 \text{ g} \]

3. Calcul de la quantité d’oxygène nécessaire

• Stœchiométrie de la réaction : Pour chaque 2 moles de Na₂O, 1 mole d’O₂ est nécessaire.

Calcul des moles d’O₂ :

\[ \text{Moles d’O}_2 = \frac{1,613 \text{ moles de Na}_2\text{O}}{2} \] \[ \text{Moles d’O}_2 = 0,8065 \text{ moles d’O}_2 \]

Masse d’O₂ requise :

\[ \text{Masse d’O}_2 = 0,8065 \text{ moles} \times 32,00 \text{ g/mol} \] \[ \text{Masse d’O}_2 \approx 25,81 \text{ g} \]

4. Calcul de la variation d’enthalpie pour la production de 100 grammes d’oxyde de sodium

• ΔH° de la réaction : -416 kJ pour 2 moles de Na₂O

Calcul de ΔH pour la quantité de Na₂O formée :

\[ \Delta H = -416 \text{ kJ} \times \frac{1,613 \text{ moles}}{2} \] \[ \Delta H \approx -335,4 \text{ kJ} \]

Cette valeur représente l’énergie libérée lors de la formation de 1,613 moles de Na₂O à partir de Na et d’O₂.

5. Impact de la température sur le rendement de la réaction

La réaction étant exothermique (libération de chaleur), augmenter la température pourrait théoriquement diminuer le rendement de Na₂O dû au principe de Le Chatelier.

À 200°C, la réaction est supposée complète, mais à des températures plus élevées, il pourrait y avoir un risque de réversion de la réaction ou de décomposition de l’oxyde de sodium formé.

Synthèse de l’oxyde de sodium