TP Réactif limitant

Chapitre n° : Modélisation d’une transformation chimique TP n°…
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NOTION DE REACTIF LIMITANT ET D’AVANCEMENT MAXIMAL DE REACTION
MISE EN EVIDENCE DES EFFETS THERMIQUE LORS D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE
Objectifs bac : Pratiquer une démarche expérimentale pour :
-mettre en évidence l’influence des quantités initiales de matière sur la composition d’un système à l’état final.
Contexte du sujet :
Il s’agit d’étudier l’influence des quantités de matière initiales des réactifs sur la composition d’un système dans l’état final.
On considère la réaction entre le vinaigre (acide éthanoïque : CH3COOH) et la poudre d’hydrogénocarbonate de sodium
(NaHCO3).
L’évolution du système peut être modélisée par l’équation chimique :
NaHCO3(s) + CH3COOH (aq)  Na+(aq) + CO2(g) + CH3COO-(aq) + H2O(l)
Données :
-Dans un vinaigre à 8° la concentration molaire de l’acide éthanoïque est C = 1,35 mol.L-1
-Masse molaire de l’hydrogénocarbonate de sodium M = 84,1 g.mol-1
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION DU CANDIDAT
Document n°1 : Matériel mis à votre disposition
-Un flacon en verre de 250 mL
-Une éprouvette graduée
-De l’hydrogénocarbonate de sodium en poudre ; une bouteille de vinaigre à 8°
-Un ballon de baudruche ; une spatule et un entonnoir
TRAVAIL A EFFECTUER
1.Réalisation d’un protocole (10 min conseillées) (Compétence : réaliser)
 Expérience n°1
Dans un flacon en verre de 250 mL ajouter :
-une masse m1 = 3,0 g d’hydrogénocarbonate de sodium (le flacon se trouvant au fond de la salle)
-un volume V1 = 10 mL de vinaigre.
-adapter alors un ballon de baudruche au flacon.
Coup de pouce : Vous veillerez à ne pas laisser s’échapper de gaz lors du déroulement de la réaction.
-noter vos observations (présence ou pas de solide, estimation qualitative du volume de gaz formé)
 Expérience n°2
Dans un flacon en verre de 250 mL ajouter :
-une masse m1 = 3,0 g d’hydrogénocarbonate de sodium (le flacon se trouvant au fond de la salle)
-un volume V1 = 40 mL de vinaigre.
-adapter alors un ballon de baudruche au flacon.
Coup de pouce : Vous veillerez à ne pas laisser s’échapper de gaz lors du déroulement de la réaction.
-noter vos observations (présence ou pas de solide, estimation qualitative du volume de gaz formé)
 Expérience n°3 (à faire par le professeur)
Dans un flacon en verre de 250 mL ajouter :
-une masse m1 = 3,0 g d’hydrogénocarbonate de sodium (le flacon se trouvant au fond de la salle)
-un volume V1 = 80 mL de vinaigre.
-adapter alors un ballon de baudruche au flacon.
Coup de pouce : Vous veillerez à ne pas laisser s’échapper de gaz lors du déroulement de la réaction.
-noter vos observations (présence ou pas de solide, estimation qualitative du volume de gaz formé)
2. Exploitation des résultats obtenus (10 min conseillées) (Compétence : communiquer)
Effectuer un compte rendu d’expérience en mettant en évidence :
-l’influence des quantités de matière initiale sur la composition du système à l’état final
-l’influence du réactif limitant sur l’évolution du système.

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3. Questions supplémentaires
1/ Déterminer les quantités de matière de chaque réactif à l’état initial dans les trois expériences
2/ Compléter les lignes n°2 à n°6 du tableau ci-dessous.
Pour la ligne n°6, vous utiliserez les symboles (< ; = ; >)
Expérience n°1
Expérience n°2
Expérience n°3
Réactif limitant
(Réactif en défaut)
(tiré de l’expérience)
Réactif en excès
(tiré de l’expérience)
ni(NaHCO3 ) en mol
ni(CH3COOH) en mol
Comparer
1)( 3
NaHCOni
et
1)( 3COOHCHni
xmax
3/ L’avancement maximal de réaction (notée xmax) est égal au plus petit rapport entre la quantité initiale de réactif et son
coefficient stoechiométrique. Déterminer pour les trois expériences xmax en complétant la dernière ligne du tableau.
4/ Comment expliquer l’arrêt de la réaction chimique.
5/ Proposer une méthode pour déterminer xmax et prévoir le nom du réactif limitant.
6/ Quelle relation existe-t-il entre
1)( 3
NaHCOni
et
1)( 3COOHCHni
pour qu’à la fin de la réaction, les deux réactifs soient
limitant ? Un tel mélange initial est dit stœchiométrique.
7/Supposons que la masse initiale d’hydrogénocarbonate de sodium ne change pas. Quel volume d’acide éthanoïque faut-il
ajouter pour avoir un mélange initial stœchiométrique ?
Domaine de compétences « Réaliser « (Rea)
Acquis
En cours
d’acquisition
Non acquis
Réaliser une expérience à partir d’un protocole expérimental
Domaine de compétences « S’approprier » (App)
Notion de réactif limitant
Notion d’avancement maximal de réaction
Domaine de compétences « VAL »
Relation entre quantités initiales de réactifs et composition à l’état
final d’un système
Domaine de compétences « AUTO»
Travailler en binôme
Travailler en autonomie
Faire preuve d’initiative

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CORRECTION
Expérience n°1
Expérience n°2
Expérience n°3
(A faire par le professeur)
Abondance de gaz formé
petite
moyenne
moyenne
Présence de solide dans
le flacon en fin de
réaction
oui
non
non
Expérience n°1
Expérience n°2
Expérience n°3
Réactif limitant
(Réactif en défaut)
Acide acétique
NaHCO3
NaHCO3
Réactif en excès
NaHCO3
Acide acétique
Acide acétique
ni(NaHCO3 ) en mol
0,0356 = 0,036
0,036
0,036
ni(CH3COOH) en mol
0,0135 = 0,014
0,054
0,108 = 0,11
Comparer
1)( 3
NaHCOni
et
1)( 3COOHCHni
>
<
<
xmax
0,014
0,036
0,036
Compte rendu d’expérience
Observations
Expérience n°1 :
-Une effervescence se produit
-Le diamètre horizontale du ballon de baudruche en fin d’expérience est d’environ : ……..
-Présence de solide en fin de réaction
Expérience n°2 :
-Une effervescence se produit
-Le diamètre horizontale du ballon de baudruche en fin d’expérience est d’environ : ……..
-Pas de présence de solide en fin de réaction
Expérience n°3 :
-Une effervescence se produit
-Le diamètre horizontale du ballon de baudruche en fin d’expérience est d’environ : ……..
-Pas de présence de solide en fin de réaction
Interprétation
-Le diamètre du ballon augmente entre l’expérience n°1 et l’expérience n°2
-Le diamètre du ballon n’augmente pas entre l’expérience n°2 et l’expérience n°3
-Dans l’expérience n°2 et n°3 : le bicarbonate est le réactif limitant.
Conclusion
-La quantité de matière initiale influence la composition du système à l’état final.
-La composition du système à l’état final dépend de la quantité initiale de matière du réactif limitant.
4/ L’un des réactifs a été entièrement consommé.

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5/ Déterminer les quantités initiales de matière de chaque réactif
Calculer le rapport : .
Comparer les deux rapports entre eux.
Le plus petit rapport est égale à xmax
Il donne le nom du réactif limitant.
6/ Si les deux réactifs sont limitants (mélange initial stœchiométrique) alors
1)( 3
NaHCOni
=
1)( 3COOHCHni
7/ V ≈ 27 mL

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PROFESSEUR
CONTERIO Sébastien
DATE DU TP
DATE DE DEPOT
PREPARATEUR
………………….
JOUR DU TP
SALLE
HORAIRE
BAC ELEVE (9 binômes)
TP 13 : Notion de réactif limitant et xmax
Une pissette d’eau distillée
1
1ballon de baudruche
1
1 éprouvette graduée de 50 mL
1
1 entonnoir
1
spatule
1
1 capsule de pesée
1
1 flacon en verre de 250 mL (si possible non teinté)
1
baguette en verre
1
BAC PROF
Vinaigre 8° (compter 50 mL par binôme)
1
Flacon contenant de l’hydrogénocarbonate de sodium
1
Béchers de 100 mL
3
Balances de précision au centième
2
Sac de réserve de ballon de baudruche
1
Eprouvette graduée de 100 mL
1
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