Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant








télécharger 109.53 Kb.
titreTd de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant
date de publication25.04.2017
taille109.53 Kb.
typeRecherche
c.21-bal.com > droit > Recherche
TD de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement –Recherche du réactif limitant
Nous avons étudié dans le TD précédent sur l’expression générale du tableau d’avancement d’une réaction (avec deux réactifs !) :


équation de la réaction




A

+

B



C

+

D




état du système

avancement

n

n

n

n

état initial

x = 0

n

n

n

n

état intermédiaire

x quelconque

n .x

n x

n + . x

n + .x

état intermédiaire

x quelconque

n  n

n n

n + n

n + n

état final lorsque la réaction est totale

x = xmax

n .xmax

n .xmax

n + .xmax

n + .xmax

Le présent TD porte sur l’étude de la dernière ligne.


  1. Exploitation du tableau d’avancement.




    1. Méthode de recherche de xmax par tâtonnement.




      1. Exemple du C sur la poudre de CuO.


Pour rechercher la valeur de xmax par « tâtonnement » dans les cas simples, à savoir quand on a affaire à des quantités de matières « entières », vous faites varier la valeur de x et vous observez quelle quantité de matière arrive la première à 0. On note alors la valeur de xmax correspondante et on en déduit le réactif limitant puis le bilan final de la réaction chimique.


équation de la réaction




C

+

2CuO



2 Cu

+

CO2




état du système

Avancement

En mol

n

n

n

n

état initial

x = 0

n = 5 mol

n = 15 mol

n = 0

n = 0

état intermédiaire

x quelconque

5 - x

15 – 2x

2x

x




x =1
















x =2
















x =3
















x =4
















x =5
















x = xmax













état final réaction totale

xmax =













Le réactif limitant est :

Le réactif en excès est :


      1. Exemple de la combustion du méthane dans le dioxygène.


Traiter l’exemple suivant en pensant à équilibrer l’équation !


équation de la réaction




CH4

+

O2



CO2

+

H2O




état du système

avancement

n

n

n

n

état initial

x = 0

n = 10 mol

n = 64 mol

n = 0

n = 0

état intermédiaire

x quelconque
















x =
















x =
















x =
















x =













état final lorsque la réaction est totale

xmax =














Le réactif limitant est :

Le réactif en excès est :


    1. Méthode de recherche de xmax par raisonnement.


Cependant les quantités de matières ne sont pas toujours « entières ». Il est alors pratique de faire appel à la réflexion !
Une quantité de matière est toujours positive on va donc poser autant d’inéquations qu’il y a de réactifs.

Dans le cas étudié ici entre le C et le CuO :

  • La quantité de matière restante de carbone C est positive ou nulle dans l’état final :

n0

  • La quantité de matière restante d’oxyde de cuivre CuO est positive ou nulle dans l’état final :

n0
Dans le cadre de l’exemple précédent, on résout alors :

 

Mathématiquement la seule solution satisfaisant aux deux inéquations est xmax5 mol.

On retiendra donc xmax= 5 mol.

Autrement dit, dans la résolution de ces inéquations on retiendra toujours pour xmax la plus petite valeur. L’inéquation qui est reliée à cette valeur nous fournit le nom du réactif limitant : ici le Carbone C.

On retrouve ainsi les résultats du I-1-a-

Exercice d’application : Appliquer la méthode à l’exemple suivant



équation de la réaction




C3H8

+

O2



CO2

+

H2O




état du système

avancement

n

n

n

n

état initial

x = 0

n = 5.10-2 mol

n = 5.10-1 mol

n = 0

n = 0

état intermédiaire

x quelconque













état final lorsque la réaction est totale

x = xmax














Rechercher xmax et en déduire le réactif limitant en expliquant en détail la méthode utilisée.

    1. Méthode graphique de recherche de xmax.



      1. Exemple du C sur la poudre de CuO.

Cette méthode consiste à tracer les droites :  en fonction de l’avancement x

Tracer ces droites en choisissant l’échelle suivante :

2 cm  1 mol en abscisse ;

1 cm  1 mol en ordonnée. ;

On détermine xmax en regardant

quelle droite intercepte

l’axe des abscisses la première.

Retrouver par cette méthode

la valeur de xmax obtenue

au paragraphe I-1-a-.

xmax =

Exercice d’application : Appliquer la méthode à l’exemple suivant
Répondre aux questions suivantes en renseignant le tableau d’avancement fourni en fin d’énoncé.

On peut produire du dichlore (Cl2) en faisant réagir du chlorure d'hydrogène (HCl) et du dioxygène (O2). On obtient en plus de la vapeur d'eau H2O.

  1. Écrire l'équation de la réaction.


  1. Les graphes donnés ci-dessous donne l'évolution des quantités de matière des réactifs en fonction de l'avancement x de la réaction. A l'aide de ces graphes, déterminer :

    1. La composition, en quantité de matière, du système dans l'état initial.


n =

n =


    1. L’expression de n et n en fonction de l’avancement x dans un état intermédiaire quelconque.



    1. Le réactif limitant et l'avancement maximal xmax de la réaction.



  1. Tracer les graphes représentant l'évolution des quantités de matière des produits formés en fonction de l'avancement x.



  1. Déterminer la composition du système, en quantité de matière, dans l'état final.


équation de la réaction




HCl

+

O2



Cl2

+

H2O




état du système

avancement

n

n

n

n

état initial

0

n=

n=

n=

n=

état intermédiaire

x













Etat final



x=xmax
xmax =















Données : La quantité de matière de HCl est en rouge ; La quantité de matière de O2 est en vert. 

nHCl et nO2



On comprend une idée fondamentale au terme de toute cette étude : La recherche du réactif limitant conditionne toute la suite d’un exercice.

En chimie une trilogie fondamentale est toujours à respecter :

1- Ecrire et équilibrer (correctement !) l’équation bilan.

2- Dresser un tableau d’avancement de la réaction complet.

3- Effectuer vos raisonnements en quantités de matières pour résoudre vos exercices.

  1. Pour aller plus loin.



    1. Exemple de résolution d'un exercice de chimie.

Enoncé : On fait réagir 21,60 g d'aluminium en poudre avec 16,05 g de soufre en fleur (poudre très fine).

Quelle est la masse de sulfure d'aluminium obtenue ?

Les masses molaires atomiques sont données dans la classification périodique.

  • Lire attentivement le texte pour déterminer les réactifs et les produits .

  • Ecrire l'équation-bilan correspondant à la réaction décrite.

  • Ajuster les nombres stœchiométriques.

  • Noter les espèces chimiques sur lesquelles on donne (21,6 g Al et 10 g S) ou on demande (Al2S3) des indications quantitatives.

  • Traduire ces indications en nombre de moles. Déterminer n et n.

  • Dresser le tableau d’avancement complet de la réaction.

  • Déterminer le réactif limitant et la valeur de xmax correpondante.

  • Donner le bilan final de la réaction.

  • En déduire la masse de sulfure d’aluminium obtenue.

Correction

n = = = 0,800 mol

et  n = = = 0,500 mol

 Compléter le tableau de l’évolution des quantités de matière

Equation-bilan

        2 Al      +       3 S      ---->       Al2S3

Etat du système

Avancement

moles de Al

moles de S

moles de Al2S3

Etat initial

0

0,800

0,500

0

Au cours de la réaction

x

0,800 - 2 x

0,500- 3 x

x

Etat final

xm = 0,167

0,466

0

0,167

 Pour compléter la dernière ligne de ce tableau il a fallu résoudre deux inéquations du premier degré :



xmax = 0,167 mol et le soufre est en défaut.

La première solution est à rejeter car elle conduirait à une quantité de matière négative pour le soufre : (0,500 - 3 * 0,400 = - 0,700 mol)

 Traduire la quantité de matière calculée en masse ou en volume selon la question :

Ici la masse de sulfure d'aluminium sera : mAl2S3 = nAl2S3 ´ MAl2S3

Avec   MAl2S3 = (2* MAl) + (3* MS) = (2* 27,0) + (3* 32,1) = 150,3 g/mol

D'où : mAl2S3 = 0,167 ´ 150,3 = 25,1 g

similaire:

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconExercices supplémentaires – la stoechiométrie et le réactif limitant

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconChapitre 1 : les réactions acido-basiques
«réactif limitant» est encore présent à l’état final, la réaction est dite non totale ou limitée et le symbole correspondant est...

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconPhysique Chimie 17 La réaction chimique
«réactif» une espèce chimique dont la quantité de matière diminue au cours du temps. Un réactif est situé à gauche dans l’équation...

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconTableau d’avancement d’une reaction : cas general réactifs : A; B

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant icon2. a-Tableau d’avancement de la réaction de dosage (réaction 2)

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconRecherche de gènes d’i
«Exploitation et Valorisation des plantes médicinales et aromatiques» (120 participants)

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconTp 3 chimie organique Spé pc oxydation de l’isobornéol par le réactif de Jones Cr(VI) aq

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconChimie exercices sur la transformation chimique et l'avancement

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconParcours pédagogique
«Simuler», «Équilibres chimiques» et par la suite les équilibres homogènes gazeux en observant et expliquant l’avancement et le taux...

Td de chimie n°9 : Exploitation du tableau d’avancement -recherche du réactif limitant iconLe tableau périodique- loi de Pouillet Chimie Exercice 1








Tous droits réservés. Copyright © 2016
contacts
c.21-bal.com