Stœchiométrie et réactif limitant

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Classe(s) : 2de | Thème(s) : Transformations de la matière et transfert d'énergie


Les réactifs d’un système chimique qui subit une transformation chimique ne sont pas souvent mélangés dans les « bonnes » proportions. L’équation chimique permet de faire un bilan en fonction des quantités mises en jeu.

I Stœchiométrie d’une réaction

La stœchiométrie d’une réaction correspond aux proportions dans lesquelles les réactifs réagissent. Elle est indiquée par les nombres stœchiométriques de l’équation chimique.

Exemple : La combustion du méthane est une réaction avec le dioxygène dont l’équation est :

CH4(g) + 2 O2(g) → CO2(g) + 2 H2O(g)

Les nombres stœchiométriques 1 (non écrit dans l’équation devant CH4) et 2 (devant O2) indiquent les proportions dans lesquelles le méthane et le dioxygène réagissent. Ainsi 1 mole de méthane réagit avec 2 moles de dioxygène. Et de façon générale, x moles de méthane réagissent avec 2x moles de dioxygène.

II Réaction totale et réactif limitant

Une transformation chimique est modélisée par une réaction totale si elle s’arrête lorsqu’un réactif a complètement disparu.

À noter

Il est possible qu’il y ait deux réactifs limitants lors d’une réaction.

Le réactif qui est totalement consommé est appelé réactif limitant. Sa disparition complète empêche la transformation de se poursuivre. La détermination du réactif limitant repose sur la comparaison des quantités initiales mises en jeu avec les proportions stœchiométriques indiquées par les nombres stœchiométriques.

Exemple : Pour la combustion du méthane (équation ci-dessus) :

Si le système chimique qui est le siège de la combustion du méthane est composé d’un mélange de 7 moles de méthane et de 19 moles de dioxygène, alors les proportions stœchiométriques ne sont pas respectées.

En effet, si 1 mole de méthane réagit avec 2 moles de dioxygène, alors 7 moles de méthane réagissent avec 2 × 7 = 14 moles de dioxygène.

Donc, si la réaction est totale, tout le méthane disparaît et il reste 19 − 14 = 5 moles de dioxygène. Le méthane est le réactif limitant.

Méthode

Identifier le réactif limitant d’une transformation chimique

Un morceau de fusain incandescent, constitué de 0,25 mol de carbone solide, est plongé dans un flacon contenant 0,10 mol de dioxygène. Il s’enflamme pendant quelques secondes puis s’éteint. En fin d’évolution, le flacon s’est échauffé, une partie seulement du fusain a disparu et il ne reste plus de dioxygène.

Un test à l’eau de chaux montre qu’il s’est formé du dioxyde de carbone.

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a. Quels sont les réactifs et les produits de cette transformation chimique ?

b. Écrire l’équation de la combustion du fusain.

c. Expliquer pourquoi on observe un reste de fusain en fin de transformation.

d. Identifier le réactif limitant de cette réaction et interpréter.

Conseils

a. Recherchez les espèces qui disparaissent et celles qui apparaissent.

b. Veillez à respecter l’écriture des formules et pensez à préciser l’état physique.

c. Comparez les quantités initiales avec les nombres stœchiométriques.

d. Justifiez l’observation réalisée pour le dioxygène.

Solution

a. Les réactifs sont le carbone et le dioxygène ; le produit est le dioxyde de carbone.

b. Équation chimique de la réaction : C(s) + O2(g) → CO2(g).

c. Les nombres stœchiométriques sont 1 et 1 (non écrits dans l’équation).

Cela signifie que 1 mole de carbone réagit avec 1 mole de dioxygène.

Donc seulement 0,10 mol de carbone peut réagir avec 0,10 mol de dioxygène.

Il reste donc 0,25 − 0,10 = 0,15 mol de carbone qui n’a pas réagi.

On dit alors que le carbone est en excès.

d. Le dioxygène disparaît entièrement. Cette disparition complète est due au fait que le carbone est en excès dans le flacon. Le réactif limitant est le dioxygène.