ACTIVITE TABLEAU D’AVANCEMENT
Objectif : Établir le tableau d’avancement de plusieurs transformations chimiques
I COMBUSTION CARBONE Nombres stoechiométriques égaux 1
On réalise la combustion de 20,0 g de carbone dans un flacon contenant 500 cm3 de dioxygène. Dans les con- ditions de l’expérience, le volume molaire Vm = 24,0 L.mol-1
Équation de la réaction : C(s) + O2 (g) → CO2(g)
SEIL :J’ai indiqué les valeurs numériques dans le tableau, mais si vous laissez les valeurs littérales sans mettre les résul-CON- tats des quantités de matières, votre tableau demeure juste, même si vous vous trompez dans les calculs...donc c’est mieux État initial : Calculer les quantités de matière ni(C(s) ) et ni (O2(g)) à l’état initial
ni(C(s) ) = m / M = 20,0 / 12,0 = 1,67mol
ni (O2(g)) = V / Vm = 500.10-3 / 24 = 2,08.10-2mol
État final : Le réactif limitant est le réactif qui est introduit en défaut et qui disparaît totalement au cours de la transformation chimique.
A l’état final, la quantité de matière du réactif limitant est nulle. Les autres réactifs dont la quantité de ma- tière finale n’est pas nulle sont dits en excès.
Détermination de l’avancement maximal xmax :
La valeur maximale de l’avancement correspond à la disparition du réactif limitant.
Il faut calculer pour chaque réactif la valeur de l’avancement qui annule la quantité de matière de ce réactif.
La plus petite valeur trouvée (correspondant à la disparition du réactif limitant) est xmax.
Calculer les deux valeurs possible de xmax puis déduire la valeur de xmax à conserver et indiquer le réactif limitant dans cette réaction.
1,67 - xmax = 0 xmax = 1,67 mol
2,08.10-2mol - xmax = 0 donc xmax =2,08.10-2mol donc O2 est le réactif limitant car 2,08.10-2mol <1,67 mol
Calculer les quantités de matières des réactifs et des produits à l’état final à l’aide de la valeur de xmax
nf(C(s) ) = 1,67 -2,08.10-2 = 1,65 mol
nf(O2(g)) = 0 (Le dioxygène est les réactif limitant) nf(CO2(g)) = 2,08.10-2mol
Rappels : tableau d’avancement :
• 1ère ligne : Équation de la réaction
• 2ème ligne : État initial
• 3èmé ligne : État du système pour un avancement quelconque
• 4ème ligne : État final du système : xmax
• 1ère colonne : Avancement. (L’avancement est une valeur variable, notée x, qui permet de déterminer les quantités de matière de réactifs transformés et de produits formés)
• Colonnes suivantes : quantité de matière des réactifs et des produits
Équation C + O2
⎯ ⎯→
CO2État du système Avancement (mol) Quantité de C Quantité de O2 Quantité de CO2
État initial x = 0 ni(C(s) ) = 1,67 ni (O2(g)) =
2,08.10-2 0
Au cours de la
transformation x ni(C(s) ) - x
=1,67 -x ni (O2(g)) -x
=2,08.10-2-x x
État final xmax ni(C(s) ) - xmax ni (O2(g)) -xmax xmax
Calculer la masse de carbone restant, et le volume de dioxyde de carbone formé.
mC = nxM = 1,65 x12,0 = 19,8 g
VCO2= n x Vm = 2,08.10-2 x 24,0 = 0.500L =500 cm3 Vo2 = 0 L car réactif limitant
II COMBUSTION PROPANE
Au moins un des nombres stoechiométriques est égal à 1
On réalise la combustion complète de 220 g de propane de formule C3H8 dans une enceinte contenant 420 L de dioxygène. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire Vm = 24,0 L.mol-1
Équation de la réaction : C3H8 + 5O2 →3CO2 + 4 H2O
État initial : Calculer les quantités de matière ni(C3H8(g) ) et ni (O2(g)) à l’état initial ni(C3H8(g) ) = 220 / 44 = 5,00 mol ni (O2(g)) = V / Vm = 420 / 24,0 = 17,5 mol Détermination de l’avancement maximal xmax et indiquer le réactif limitant:
Si C3H8 est le réactif limitant
Alors 5,00 - xmax = 0 xmax = 5,00 mol Si O2 est le réactif limitant
17,5 - 5xmax =0 xmax =17.5/5 xmax = 3,50 mol
On choisit la plus faible valeur de xmax donc xmax = 3,50 mol Le réactif limitant est le dioxygène
Calculer les quantités de matières des réactifs et des produits à l’état final à l’aide de la valeur de xmax nf(C3H8(g) ) = 5,00-3,50 = 1,50 mol
nf (O2(g)) = 0 (Réactif limtant) nf (CO2(g)) = 3x 3,50 = 10,50 mol nf H2O = 4 x 3,50 = 14,0 mol
III COMBUSTION DE L’ALUMINIUM
Généralisation, aucun des nombres stoechiométrique égal à 1
On réalise la combustion de 5,0 g d’aluminium dans un flacon contenant 5,0 L de dioxygène. Cela donne de l’oxyde d’aluminium appelé alumine de formule Al2O3. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire Vm = 24,0 L.mol-1.
Équation C3H8 + 5O2
⎯ ⎯→
3CO2 + 4 H2OÉtat du système Avancement Quantité de C3H8
Quantité de O2 Quantité de CO2
Quantité de H2O
État initial x=0 ni(C3H8(g) ) ni (O2(g)) 0 0
Au cours de la
transformation x ni(C3H8(g) ) -x ni (O2(g)) - 5x 3x 4x État final xmax ni(C3H8(g) ) -xmax ni (O2(g)) - 5xmax nf(CO2) =3xmax 4xmax
Équation 4 Al(s) + 3O2(g)
⎯ ⎯→
2Al2O3(s)État du système Avancement Quantité de Al Quantité de O2 Quantité de Al2O3
État initial x=0 ni(Al(s) ) ni (O2(g)) 0
Au cours de la
transformation x ni(Al(s) ) - 4x ni (O2(g)) -3x 2x
État final xmax ni(Al(s) ) - 4xmax ni (O2(g)) -3xmax 2xmax
Équation de la réaction :
État initial : Calculer les quantités de matière ni(Al(s) ) et ni (O2(g)) à l’état initial ni(Al(s) ) = m / M = 5,0 / 27,0 = 0,19 mol ni (O2(g)) = 5,0 / 24,0 = 0,21 mol
Détermination de l’avancement maximal xmax et indiquer le réactif limitant:
Si Al est le réactif limitant
0,19- 4xMAX = 0 0.19=4xmax Xmax= 0.19/4 =4,6.10-2 mol Si O2 est le réactif limitant
0,21 -3xMAX = 0 0.21 =3xmax xmax =0.21/3 Xmax= 7,0.10-2 mol donc Xmax= 4,6.10-2 mol Al est le réactif limitant
Calculer les quantités de matières des réactifs et des produits à l’état final à l’aide de la valeur de xmax
nf(Al(s) ) = 0,19 - 4x 4,6.10-2 = 0 mol nf(O2(g)) = 0,21-3x 4.6.10-2= 6,91.10-2 mol nfAl2O3 = 2 x 4,6.10-2 = 9,2.10-2 mol Calculer la masse d’oxyde d’aluminium formé :
mAl2O3 = nAl2O3 x M Al2O3= 9,2.10-2 x 102,0 = 9,4 g M Al2O3 = 2x27,0 + 3x16,0 = 102,0 g.mol-1
IV REACTION DE L’ALUMINIUM AVEC LE DICHLORE Cas particulier des mélanges stoéchiométriques
Un mélange est dit stœchiométrique si les quantités de matière initiales des réactifs qui le constitue sont dans les proportions des nombres stœchiométriques de ces réactifs dans l’équation de la réaction.
A la fin de la transformation chimique, les réactifs sont entièrement consommés et l’état final n’est constitué que des produits de la réaction.
L’aluminium réagit avec le dichlore suivant l’équation chimique suivante :
On fait réagir 4,0 g d’aluminium. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire V. m = 24,0 L.mol-1 . 1°/ Établir le tableau décrivant l’évolution du système chimique lors de cette réaction.
1°/ Calculer le volume de dichlore nécessaire pour opérer dans les proportions stœchiométriques.
2°/ Quelle masse de chlorure d’aluminium obtient-on ?
État initial :
ni Al(s) = m / M = 4,0 / 27,0 = 0,15 mol
Détermination de l’avancement maximal xmax :
On veut 0,15 - 2xmax = 0 0.15 = 2 xmax donc xmax =0.15/2 donc xmax = 7,4.10-2 mol On cherche la quantité de Cl2 pour que ni Cl2(g) - 3xmax = 0 ni Cl2(g) =3xmax
ni Cl2(g) = 3 X 7,4.10-2 = 2,2.10-1 mol
(s) 2(g) 3(s)
2 Al + 3 Cl ⎯⎯ → 2 AlCl
Équation 2 Al(s) + 3 Cl2(g)
⎯ ⎯→
2 AlCl3(s)État du système Avancement Quantité de Al Quantité de Cl2 Quantité de AlCl3
État initial x = 0 ni Al(s) ni Cl2(g) 0
Au cours de la
transformation x ni Al (s) - 2x ni Cl2(g) - 3x 2x
État final xmax ni Al(s) - 2xmax ni Cl2(g) - 3xmax 2xmax
État final
nf Al(s) = 0 nf Cl2(g) = 0
nf AlCl3 (s) = 2.xmax = 0,15 mol
Volume de dichlore utilisé et masse de chlorure d’aluminium obtenu : Masse d’alulinium obtenue
mAlCl3 (s) = nf AlCl3 (s) x MAlCl3 (s) = 1,5.10-1 x (27,0 + 3x 35,5) = 20,0 g Volume de dichlore restant V= 0 L
Volume de dichlore utilisé
VCl2 =ni Cl2(g) x Vm = 2,2.10-1 x 24,0 = 5,3 L
IV GENERALISATION
Dans le cas général d’une équation chimique, a.A + b.B → c.C + d.D les réactifs A et B sont dans les proportions stœchiométriques lorsque . ( et niA et niB sont les quantités de matière de A et B à l’état initial.)
Les quantités de matière des produits à l’état final peuvent se calculer à partir des quantités de matière des réactifs à l’état initial :
Équation de la réaction a A + b B → c C + d D État du système Avancement Quantité de
matière réactif A Quantité de
matière réactif B Quantité de
matière produit C Quantité de matière produit D
État initial x = 0 mol niA niB 0 0
Au cours de la
transformation x niA - a.x niB - b.x c.x d.x
État final xmax nfA= niA - a.xmax nfB = niB - b.xmax nfC = c.xmax nfd = d.xmax
b n a
niA = iB
