1S - cours de chimie : Chapitre VI AVANCEMENT D’UNE REACTION CHIMIQUE I-. Stœchiométrie La réaction étudiée en TP a pour équation : I2(aq) + 2 S2O32-(aq) 2 I-(aq) + S4O62-(aq) L’équation montre qu’une mole de molécules de I2 réagit avec deux moles de d’ions S2O32- pour donner deux moles d’ions I- et une mole d’ions S4O62-. Les nombres 1, 2, 2 et 1 sont les nombres stoechiométriques. Plus généralement, 1x mol de I2 réagit avec 2x mol d’ions S2O32- pour former 2x mol d’ions I- et 1x mol d’ions S4O62-. Lors d’une réaction chimique, les quantités de matière des réactifs consommés et les quantités de matière des produits formés dépendent les unes des autres. On appelle stœchiométrie les relations de proportionnalité qui existent entre ces quantités de matière. II- Avancement L’avancement d’une réaction, noté x, est une grandeur, exprimée en mole qui permet de décrire l’évolution d’un système chimique (mélange d’espèces chimiques) au cours d'une réaction chimique. Pour la réaction entre I2 et S2O32-, l’avancement est égal à la quantité de I2 consommée ou à la quantité de S4O62- produite. D’une manière général, l’avancement est toujours égale à la quantité de réactif consommé ou de produit formé dont le coefficient stœchiométrique est égal à 1. Initialement, avant de mélanger les réactifs et que la réaction ne débute, l’avancement est nul, x = 0 mol. Au cours de la réaction, la valeur de l’avancement x augmente. A la fin de la réaction, lorsqu’au moins un des réactifs est entièrement consommé, l’avancement atteint sa valeur maximale, notée xmax. III-. Evolution du système Le tableau d’avancement décrit l’évolution des quantités de matière d’un système de l’état initial à l’état final, en fonction de l’avancement x. Les nombres placés devant l’avancement x sont égaux aux nombres stœchiométriques de l’équation. Ils sont précédés d’un signe « - » pour les réactifs et d’un signe « + » pour les produits. équation chimique état du système état initial état intermédiaire état final I2(aq) avancement (mol) + 2 S2O32-(aq) 2 I-(aq) + S4O62-(aq) quantités de matière présentes dans le système (mol) x=0 n ( I2(aq) )i n (S2O32-(aq))i 0 0 x n ( I2(aq) )i - x n (S2O32-(aq))i - 2x 2x x xmax n ( I2(aq) )i – xmax 2 xmax xmax n (S2O32-(aq))i - 2xmax IV- Réactif limitant et avancement maximal 1. Définition Le réactif qui s’épuise en premier, et qui entraine l’arrêt de la transformation, s’appelle le réactif limitant. Le réactif qui n’est pas entièrement consommé à la fin de la transformation est le réactif en excès. L’avancement maximal xmax est la valeur de l’avancement qui annule la quantité de matière du réactif limitant. 2. Détermination Pour déterminer l’avancement maximal et le réactif limitant : - On suppose successivement que chacun des réactifs est limitant et on calcule la valeur de xmax qui annule la quantité de matière de ce réactif dans l’état final. Ex. Si on suppose que I2 est limitant ; n ( I2(aq) ) – xmax = 0 donc xmax = n ( I2(aq) ) Ex. Si on suppose que S2O32- est limitant ; n (S2O32-(aq)) - 2xmax = 0 donc xmax = - 𝐧( 𝐒𝟐 𝟎𝟐− 𝟑 (𝐚𝐪) ) 𝟐 La valeur de xmax est égale à la plus petite des valeurs calculées. On en déduit alors le réactif limitant. Ex. Si n ( I2(aq) )i < Si n ( I2(aq) )i > 𝐧( 𝐒𝟐 𝟎𝟐− 𝟑 (𝐚𝐪))𝐢 alors I2(aq) est le réactif limitant et xmax = n ( I2(aq) )i. 𝟐 𝟐− 𝐧( 𝐒𝟐 𝟎𝟑 (𝐚𝐪) ) 𝐢 𝐧( 𝐒𝟐 𝟎𝟐− 𝟑 (𝐚𝐪) )𝐢 2alors S . 2O3 (aq) est le réactif limitant et xmax = 𝟐 𝟐 Remarque : si tous les réactifs sont consommés à l’état final, on dit qu’ils ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Ex. Si xmax = n ( I2(aq) )i = 𝐧( 𝐒𝟐 𝟎𝟐− 𝟑 (𝐚𝐪) ) 𝐢 alors I2(aq) 𝟐 et S2O32-(aq) sont les réactifs limitants. V-. Bilan de matière Faire un bilan de matière d’un système consiste à calculer les quantités de chaque espèce chimique soit dans l’état initial, soit en cours de réaction soit dans l’état final.