Les tableaux d’avancement

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1 Les tableaux d’avancement
04/03/2011 Formation chimie STI2D

2 Le tableau d’avancement
Equation de réaction Etat initial x = 0 Etat en cours de transformation x Etat final xf Pour quoi faire ? Faire un bilan de matière pour : Déterminer des quantités de produits formés au cours d’une réaction chimique Déterminer des quantités de réactifs consommés Savoir si un réactif en excès Si oui, lequel ? En quelle quantité ? 04/03/2011 Formation chimie STI2D

3 Le tableau d’avancement
Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Déterminer les quantités de produits formés. Comment faire ? Identifier les réactifs et les produits de la réaction Ecrire l’équation de la réaction en ajustant les nombres stœchiométriques Faire un tableau d’avancement en précisant l’état initial, l’état en cours de réaction et l’état final Préciser les quantités connues des produits et / ou des réactifs dans l’état initial et dans l’état final Faire apparaître l’avancement en cours de réaction Déterminer l’avancement de la réaction dans l’état final Déterminer les inconnues pour répondre à la question posée 04/03/2011 Formation chimie STI2D

4 Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. Identifier et donner les formules des réactifs et des produits de la réaction Ecrire l’équation de la réaction et ajuster les nombres stœchiométriques Déterminer le réactif limitant En déduire les quantités de matière des différentes espèces chimiques présentes en fin de réaction. 04/03/2011 Formation chimie STI2D

5 Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. Identifier les réactifs et les produits de la réaction Les réactifs : CH4 (g) et O2 (g) Les produits : CO2 (g) et H2O (g) Écrire l’équation de la réaction et ajuster les nombres stœchiométriques CH4 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) 04/03/2011 Formation chimie STI2D

6 CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)
Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Avancement CH4 (g) O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 Etat en cours de transformation x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

7 CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)
Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Avancement CH4 (g) O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,25 0,40 Etat en cours de transformation x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

8 CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)
Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Avancement CH4 (g) O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,25 0,40 Etat en cours de transformation x 0,25 - x 0,40 - 2x 2x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

9 CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)
Exemple 1 Avancement CH4 (g) O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,25 0,40 Etat en cours de transformation x 0,25 - x 0,40 - 2x 2x Etat final xf 0,25 - xf 0,40 - 2xf 2xf La réaction s’arrête lorsque l’un des réactifs a été entièrement consommé. Pour CH4 : 0,25 – xmax= 0 soit xmax= 0,25 mol Pour O2 : 0,40 – 2xmax= 0 soit xmax= 0,20 mol On prend la plus petite valeur de xmax soit xmax= 0,20 mol Dans l’état final n f(CH4) = 0,25 – xmax = 0,05 mol n f(O2) = 0,40 – 2xmax = 0 mol ; n f(CO2) = xmax = 0,20 mol et n f(H2O ) = 2xmax = 0,40 mol Le réactif imitant est donc le dioxygène O2 04/03/2011 Formation chimie STI2D

10 CH4 (g) + 2 O2 (g) → CO2 (g) + 2 H2O (g)
Exemple 1 La combustion complète de 0,25 mole de méthane (CH4) avec 0,40 mole de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Avancement CH4 (g) O2 (g) → CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,25 0,40 Etat en cours de transformation x 0,25 - x 0,40 - 2x 2x Etat final xf 0,25-xf = 0,05 xf = 0,20 xf = 0,40 04/03/2011 Formation chimie STI2D

11 Exemple 2 On réalise un mélange de 10,8 g d’aluminium et de 9,6 g de soufre. La réaction, déclenchée par un ruban de magnésium enflammé, entraine la formation de sulfure d’aluminium de formule Al2S3 solide. On donne : M(Al) = 27 g.mol-1 ; M(S) = 32 g.mol-1 Identifier les réactifs et les produits de la réaction Écrire l’équation de la réaction Déterminer le réactif limitant Déterminer la composition molaire du mélange en fin de réaction 04/03/2011 Formation chimie STI2D

12 Exemple 2 On réalise un mélange de 10,8 g d’aluminium et de 9,6 g de soufre. La réaction, déclenchée par un ruban de magnésium enflammé, entraine la formation de sulfure d’aluminium de formule Al2S3 solide. Identifier les réactifs et les produits de la réaction Les réactifs : Al (s) et S (s) Le produit : Al2S3 (s) Écrire l’équation de la réaction et ajuster les nombres stœchiométriques Al (s) + S (s) → Al2S3 (s) 2 Al (s) + 3 S (s) → Al2S3 (s) 04/03/2011 Formation chimie STI2D

13 Exemple 2 On réalise un mélange de 10,8 g d’aluminium et de 9,6 g de soufre. La réaction, déclenchée par un ruban de magnésium enflammé, entraine la formation de sulfure d’aluminium de formule Al2S3 solide. On donne : M(Al) = 27 g.mol-1 ; M(S) = 32 g.mol-1 2 Al (s) + 3 S (s) → Al2S3 (s) Déterminer le réactif limitant Calculons le nombre de mole de chacun des réactifs dans l’état initial : Pour Al : M(Al) = 27 g.mol-1 n i(Al) = m(Al) / M(Al) n i(Al) = 10,8 / 27 = 0,40 mol Pour S : M(S) = 32 g.mol-1 n i(S) = m(S) / M(S) n i(S) = 9,6 / 32 = 0,30 mol 04/03/2011 Formation chimie STI2D

14 Exemple 2 On réalise un mélange de 10,8 g d’aluminium et de 9,6 g de soufre. n i(Al) = 0,40 mol n i(S) = 0,30 mol Avancement 2 Al (s) S (s) → Al2S3 (s) Etat initial x = 0 Etat en cours de transformation x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

15 Exemple 2 On réalise un mélange de 10,8 g d’aluminium et de 9,6 g de soufre. n i(Al) = 0,40 mol n i(S) = 0,30 mol Avancement 2 Al (s) S (s) → Al2S3 (s) Etat initial x = 0 0,40 0,30 Etat en cours de transformation x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

16 Exemple 2 On réalise un mélange de 10,8 g d’aluminium et de 9,6 g de soufre. n i(Al) = 0,40 mol n i(S) = 0,30 mol Avancement 2 Al (s) S (s) → Al2S3 (s) Etat initial x = 0 0,40 0,30 Etat en cours de transformation x 0,40 - 2x 0,30 - 3x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

17 Exemple 2 x = 0 0,40 0,30 x 0,40 - 2x 0,30 - 3x xf 0,40 - 2xmax
Avancement 2 Al (s) S (s) → Al2S3 (s) Etat initial x = 0 0,40 0,30 Etat en cours de transformation x 0,40 - 2x 0,30 - 3x Etat final xf 0,40 - 2xmax 0,30 - 3xmax xmax La réaction s’arrête lorsque l’un des réactifs a été entièrement consommé. Pour Al : 0,40 – 2xmax= 0 soit xmax= 0,20 mol Pour S : 0,30 – 3xmax= 0 soit xmax= 0,10 mol On prend la plus petite valeur de xmax soit xmax= 0,10 mol Dans l’état final n f(Al) = 0,40 – 2xmax = 0,20 mol n f(S) = 0,30 – 3xmax = 0 mol et n f(Al2S3) = xmax = 0,10 mol Le réactif imitant est donc le soufre S 04/03/2011 Formation chimie STI2D

18 Exemple 2 Avancement 2 Al (s) S (s) → Al2S3 (s) Etat initial x = 0 0,40 0,30 Etat en cours de transformation x 0,40 - 2x 0,30 - 3x Etat final xf 0,20 0,10 04/03/2011 Formation chimie STI2D

19 Exemple 3 On introduit 1,0 g de fer métallique dans un volume V = 20 mL d’une solution d’acide chlorhydrique (H3O+ + Cl-) de concentration c = 2,0 mol.L-1. On observe un dégagement de dihydrogène et l’apparition d’une couleur verte due aux ions Fe2+. Il se forme également de l’eau. On donne : m(Fe) = 55,8 g.mol-1 Écrire l’équation de la réaction et ajuster les nombres stœchiométriques Quel est le réactif limitant ? Déterminer les quantités de matière de chacune des espèces chimiques mises en jeu en fin de réaction. Fe(s) H3O+(aq) → Fe2+(aq)+ H2(g)+ H2O 2 2 Formation chmie ST2I

20 Exemple 3 On introduit 1,0 g de fer métallique dans un volume V = 20 mL d’une solution d’acide chlorhydrique (H3O+ + Cl-) de concentration c = 2,0 mol.L-1. On donne : m(Fe) = 55,8 g.mol-1 Fe(s) H3O+ (aq) → Fe2+ (aq) + H2(g) H2O Calculons le nombre de mole de chacun des réactifs dans l’état initial : Pour Fe : M(Fe) = 55,8g.mol-1 n i(Fe) = m(Fe) / M(Fe) n i(Fe) = 1,0 / 55,8 = 0,018 mol Pour H3O+ : n i(H3O+) = [H3O+].V = c.V n i(H3O+) = 2,0 . 0,02 = 0,04 mol 04/03/2011 Formation chimie STI2D

21 Fe(s) + 2 H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) + 2 H2O
Exemple 3 On introduit 1,0 g de fer métallique dans un volume V = 20 mL d’une solution d’acide chlorhydrique (H3O+ + Cl-) de concentration c = 2,0 mol.L-1. ni(Fe) = 0,018 mol ni(H3O+) = 0,04 mol Avancement Fe(s) H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) H2O Etat initial x = 0 En cours de réaction x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

22 Fe(s) + 2 H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) + 2 H2O
Exemple 3 On introduit 1,0 g de fer métallique dans un volume V = 20 mL d’une solution d’acide chlorhydrique (H3O+ + Cl-) de concentration c = 2,0 mol.L-1. ni(Fe) = 0,018 mol ni(H3O+) = 0,04 mol Avancement Fe(s) H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) H2O Etat initial x = 0 0,018 0,04 Solvant Gde qté En cours de réaction x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

23 Fe(s) + 2 H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) + 2 H2O
Exemple 3 On introduit 1,0 g de fer métallique dans un volume V = 20 mL d’une solution d’acide chlorhydrique (H3O+ + Cl-) de concentration c = 2,0 mol.L-1. ni(Fe) = 0,018 mol ni(H3O+) = 0,04 mol Avancement Fe(s) H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) H2O Etat initial x = 0 0,018 0,04 Solvant Gde qté En cours de réaction x 0,018 - x 0,04 – 2x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

24 Fe(s) + 2 H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) + 2 H2O
Exemple 3 Avancement Fe(s) H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) H2O Etat initial x = 0 0,018 0,04 Solvant Gde qté En cours de réaction x 0,018 - x 0,04 – 2x Etat final xf 0,018 - xf 0,04 – 2xf La réaction s’arrête lorsque l’un des réactifs a été entièrement consommé. Pour Fe : 0,018 –xmax= 0 soit xmax= 0,018 mol Pour H3O+ : 0,04 – 2xmax= 0 soit xmax= 0,02 mol On prend la plus petite valeur de xmax soit xmax= 0,018 mol Dans l’état final n f(Fe) = 0,018 – xmax = 0 mol n f(H3O+) = 0,04 – 2xmax = 0,004 mol ; n f(Fe2+) = xmax = 0,018 mol ; n f(H2) = xmax = 0,018 mol Le réactif imitant est donc le fer 04/03/2011 Formation chimie STI2D

25 Fe(s) + 2 H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) + 2 H2O
Exemple 3 Avancement Fe(s) H3O+(aq) → Fe2+(aq) + H2(g) H2O Etat initial x = 0 0,018 0,04 Solvant Gde qté En cours de réaction x 0,018 - x 0,04 – 2x Etat final xf 0,018 – xf = 0 0,04 – 2xf = 0,004 = 0,018 04/03/2011 Formation chimie STI2D

26 Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2,0 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire est Vm = 25 L.mol-1. Identifier et donner les formules des réactifs et des produits de la réaction Écrire l’équation de la réaction Déterminer le réactif limitant Déterminer la composition molaire du mélange en fin de réaction 04/03/2011 Formation chimie STI2D

27 Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2,0 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire est Vm = 25 L.mol-1. Identifier les réactifs et les produits de la réaction Les réactifs : C3H8 (g) et O2 (g) Les produits : CO2 (g) et H2O (g) Écrire l’équation de la réaction et ajuster les nombres stœchiométriques C3H8 (g) + O2 (g) → CO2 (g) + H2O (g) C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) 04/03/2011 Formation chimie STI2D

28 Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2,0 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire est Vm = 25 L.mol-1. C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g) Remplir les deux premières lignes du tableau d’avancement Calculons le nombre de mole de chacun des réactifs dans l’état initial : Pour O2 : on donne le volume du gaz n i(O2) = V(O2) / Vm n i(O2) = 2,0 / 25 = 0,080 mol Pour S : M(C3H8) = 44 g.mol-1 n i(C3H8) = m(C3H8) / M(C3H8) n i(C3H8) = 2,2 / 44 = 0,050 mol 04/03/2011 Formation chimie STI2D

29 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2,0 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. n(O2) = 0,080 mol et n(C3H8) = 0,050 mol Avancement C3H8 (g) O2 (g) → 3 CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 Etat en cours de transformation x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

30 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. n(O2) = 0,080 mol et n(C3H8) = 0,050 mol Avancement C3H8 (g) O2 (g) → 3 CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,050 0,080 Etat en cours de transformation x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

31 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. n(O2) = 0,080 mol et n(C3H8) = 0,050 mol Avancement C3H8 (g) O2 (g) → 3 CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,050 0,080 Etat en cours de transformation x 0,050 - x 0,080 – 5x 3x 4x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

32 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Exemple 4 La combustion complète de 2,2 g de propane (C3H8) dans 2 litres de dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l’eau. Les produits et les réactifs sont tous gazeux. n(O2) = 0,080 mol et n(C3H8) = 0,050 mol Avancement C3H8 (g) O2 (g) → 3 CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,050 0,080 Etat en cours de transformation x 0,050 - x 0,080 – 5x 3x 4x Etat final xf 04/03/2011 Formation chimie STI2D

33 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Exemple 4 Avancement C3H8 (g) O2 (g) → 3 CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,050 0,080 Etat en cours de transformation x 0,050 - x 0,080 – 5x 3x 4x Etat final xf 0,050 - xmax 0,080 – 5xmax 3xmax 4xmax La réaction s’arrête lorsque l’un des réactifs a été entièrement consommé. Pour C3H8 : 0,050 – xmax= 0 soit xmax= 0,050 mol Pour O2 : 0,080 – 5xmax= 0 soit xmax= 0,016 mol On prend la plus petite valeur de xmax soit xmax= 0,016 mol Dans l’état final n f(C3H8) = 0,050 –xmax = 0,034 mol n f(O2) = 0,080 – 3xmax = 0 mol n f(CO2) = 3xmax = 0,048 mol et n f(H2O) = 4xmax = 0,064 mol Le réactif imitant est donc le dioxygène O2 04/03/2011 Formation chimie STI2D

34 C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O (g)
Exemple 4 Avancement C3H8 (g) O2 (g) → 3 CO2 (g) H2O (g) Etat initial x = 0 0,050 0,080 Etat en cours de transformation x 0,050 - x 0,080 – 5x 3x 4x Etat final xf 0,034 0,048 0,064 04/03/2011 Formation chimie STI2D