Physique-Chimie — Première
Transformations chimiques — Avancement et stœchiométrie — Première Physique-Chimie
Réaction chimique, équation bilan, tableau d'avancement, réactif limitant et rendement.
Par ProfBot
Transformations chimiques — Première Physique-Chimie
🎯 Objectif : Écrire et exploiter une équation chimique pour calculer quantités et rendements.
1. L'équation chimique bilan
Exemple : combustion du méthane
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
Règles d'équilibrage :
- Les atomes sont conservés (même nombre de chaque côté)
- Les charges électriques sont conservées
Méthode : équilibrer par tâtonnement ou systématiquement les atomes autres que H et O en premier, puis O, puis H.
2. Quantité de matière — rappels
n = m/M (n en mol, m en g, M en g/mol)
n = C × V (C en mol/L, V en L)
n = N/Nₐ (N = nombre d'entités, Nₐ = 6,02×10²³)
Masses molaires atomiques fréquentes : H = 1, C = 12, N = 14, O = 16, Na = 23, Cl = 35,5, Fe = 56
3. Tableau d'avancement
Le tableau d'avancement permet de suivre les quantités de matière au cours d'une réaction.
Pour la réaction : aA + bB → cC + dD
| A | B | C | D | |
|---|---|---|---|---|
| Initial | n(A) | n(B) | n(C)₀ | n(D)₀ |
| En cours | n(A)-ax | n(B)-bx | n(C)₀+cx | n(D)₀+dx |
| Final | n(A)-ax_f | n(B)-bx_f | ... | ... |
x = avancement de la réaction (mol)
4. Réactif limitant
La réaction s'arrête quand le réactif limitant est épuisé.
Identification :
- Calculer x_max si A est limitant : x_max = n(A)/a
- Calculer x_max si B est limitant : x_max = n(B)/b
- Le réactif limitant est celui qui donne le plus petit x_max
Vérification : le réactif limitant a une quantité nulle à l'état final.
5. Exemple complet
Combustion de 3 g de méthane CH₄ avec 16 g de dioxygène O₂.
CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O
M(CH₄) = 16 g/mol → n(CH₄) = 3/16 = 0,1875 mol
M(O₂) = 32 g/mol → n(O₂) = 16/32 = 0,5 mol
Si CH₄ limitant : x_max = 0,1875/1 = 0,1875 mol
Si O₂ limitant : x_max = 0,5/2 = 0,25 mol
x_max = 0,1875 mol → CH₄ est le réactif limitant
n(CO₂) produit = 0,1875 × 1 = 0,1875 mol
m(CO₂) = 0,1875 × 44 = 8,25 g
6. Rendement
Le rendement d'une réaction compare la quantité réellement obtenue à la quantité théorique :
η = n_réelle / n_théorique × 100%
Cause d'un rendement < 100% :
- Réaction incomplète (équilibre)
- Réactions parasites
- Pertes lors de la manipulation
7. Loi de conservation de la masse
m_réactifs = m_produits
La masse totale est conservée lors d'une réaction chimique.
Application : si on ne connaît pas la masse d'un produit, on peut la déduire par différence.
8. Réactions en solution
Réaction de précipitation : Na⁺ + Cl⁻ + Ag⁺ + NO₃⁻ → AgCl↓ + Na⁺ + NO₃⁻
Équation ionique nette : Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl↓
À l'équivalence d'un titrage :
n(acide) = n(base) (stœchiométrie 1:1)
ou
a × n(acide) = b × n(base) (stœchiométrie a:b)
📝 Exercices
- Équilibrer : Al + O₂ → Al₂O₃
- 10 g de calcium Ca avec excès d'eau. n(Ca) ? n(H₂) produit ? m(H₂) ?
(Ca + 2H₂O → Ca(OH)₂ + H₂, M(Ca) = 40)
- Réaction de 4 mol de N₂ avec 8 mol de H₂ pour former NH₃. Réactif limitant ? n(NH₃) ?
- On obtient 18 g de produit au lieu de 22 g. Rendement ?
- Titrage : 20 mL d'acide chlorhydrique 0,1 mol/L avec NaOH 0,2 mol/L. Volume équivalent ?
✅ À retenir
n = m/M = CV = N/Nₐ
Tableau d'avancement : réactifs -, produits +
Réactif limitant : donne le x_max le plus petit
n_produit = stœchio × x_max
Rendement : η = n_réelle/n_théorique × 100%
Conservation de masse : m_réactifs = m_produits