Fiche 17 – Stœchiométrie : tableaux d’avancement (réactif limitant)
Équation chimique équilibrée • Avancement x • Réactif limitant • État final.
Objectif : utiliser un tableau d’avancement pour suivre l’évolution d’une réaction chimique, identifier le réactif limitant et déterminer les quantités finales des espèces.
1. Rappels de stœchiométrie
Une réaction chimique s’écrit sous la forme :
- a, b, c, d : coefficients stœchiométriques ;
- A, B : réactifs ; C, D : produits ;
- les coefficients indiquent les proportions de matière (en mol).
2. Avancement de la réaction
L’avancement x (en mol) mesure la progression de la réaction.
Variation des quantités de matière :
- n(A) = n₀(A) − a·x
- n(B) = n₀(B) − b·x
- n(C) = 0 + c·x
- n(D) = 0 + d·x
On cherche x jusqu’à ce qu’un réactif soit consommé totalement : c’est le réactif limitant.
3. Tableau d’avancement : structure
On dispose les informations dans un tableau :
Lignes : état initial, état en cours (avancement x), état final.
Colonnes : espèces (A, B, C, D) + équation.
Exemple de structure (en mol) pour a A + b B → c C :
Initial : n₀(A) n₀(B) 0
En cours : n₀(A) − a x n₀(B) − b x c x
Final : n_f(A) n_f(B) n_f(C)
4. Réactif limitant
Le réactif limitant est celui qui est entièrement consommé en premier.
Étapes pour le trouver :
- écrire l’équation chimique équilibrée ;
- calculer les quantités initiales n₀(A) et n₀(B) ;
- comparer les rapports n₀(A)/a et n₀(B)/b ;
- le plus petit rapport correspond au réactif limitant.
On note alors :
5. Exemple type (sans chiffres pour le NS4)
Réaction : a A + b B → c C
1) Données initiales :
- n₀(A) mol de A ;
- n₀(B) mol de B ;
- n₀(C) = 0 mol.
2) Tableau d’avancement :
Initial : n₀(A) n₀(B) 0
En cours : n₀(A) − a x n₀(B) − b x c x
Final : n₀(A) − a x_max n₀(B) − b x_max c x_max
Le réactif pour lequel la quantité finale vaut 0 est le réactif limitant.
6. Interprétation des résultats
- réactif limitant : totalement consommé (n_f = 0) ;
- réactif en excès : n_f > 0 ;
- quantité de produit C : n_f(C) = c·x_max ;
- la masse ou la quantité de produit peut ensuite être calculée à partir de n_f(C).
7. Points essentiels
- Équilibrer l’équation avant toute stœchiométrie.
- Utiliser les coefficients a, b, c, d dans les expressions n = n₀ ± coefficient × x.
- Le réactif limitant correspond au plus petit rapport n₀/coefficient.
- Le tableau d’avancement structure le raisonnement et évite les erreurs.
- Les examens NS4 testent souvent la capacité à trouver le réactif limitant et la quantité de produit formée.