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 :

  1. Les atomes sont conservés (même nombre de chaque côté)
  2. 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

ABCD
Initialn(A)n(B)n(C)₀n(D)₀
En coursn(A)-axn(B)-bxn(C)₀+cxn(D)₀+dx
Finaln(A)-ax_fn(B)-bx_f......

x = avancement de la réaction (mol)


4. Réactif limitant

La réaction s'arrête quand le réactif limitant est épuisé.

Identification :

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% :


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

  1. Équilibrer : Al + O₂ → Al₂O₃
  2. 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)

  1. Réaction de 4 mol de N₂ avec 8 mol de H₂ pour former NH₃. Réactif limitant ? n(NH₃) ?
  2. On obtient 18 g de produit au lieu de 22 g. Rendement ?
  3. 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

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