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Calcul de la Quantité de Produit Formé avec le Réactif Limitant

Apprenez à calculer la quantité de produit formé dans une réaction chimique en identifiant le réactif limitant. Découvrez des exemples concrets et des exercices pour maîtriser ce concept essentiel de la stoechiométrie.

Introduction : Le Lien Entre Réactif Limitant et Quantité de Produit

La quantité de produit que l'on peut obtenir lors d'une réaction chimique est directement déterminée par la quantité de réactif limitant présent. Le réactif limitant, comme son nom l'indique, limite la quantité de produit qui peut être formée. En d'autres termes, même si l'on a une grande quantité des autres réactifs (réactifs en excès), la réaction s'arrêtera une fois que le réactif limitant aura été entièrement consommé.

Étapes pour Calculer la Quantité de Produit

Voici les étapes à suivre pour calculer la quantité de produit formée à partir du réactif limitant :

  1. Identifier le réactif limitant : Comme expliqué précédemment, utilisez les masses molaires et les coefficients stœchiométriques pour déterminer le réactif limitant.
  2. Utiliser la stœchiométrie de l'équation équilibrée : La stœchiométrie de l'équation chimique équilibrée donne les rapports molaires entre les réactifs et les produits. Utilisez ces rapports pour déterminer combien de moles de produit peuvent être formées à partir d'une mole de réactif limitant.
  3. Calculer le nombre de moles de produit formé : Multipliez le nombre de moles de réactif limitant par le rapport stœchiométrique approprié pour obtenir le nombre de moles de produit formé.
  4. Convertir les moles de produit en masse (si nécessaire) : Si la question demande la masse de produit formé, utilisez la masse molaire du produit pour convertir le nombre de moles en masse.

Exemple Détaillé : Synthèse de l'Ammoniac (NH3)

Considérons la réaction de synthèse de l'ammoniac : N2(g) + 3H2(g) → 2NH3(g)

Supposons que nous ayons 56g de N2 et 12g de H2.

  1. Identification du réactif limitant :
    • Moles de N2 = 56g / 28g/mol = 2 moles
    • Moles de H2 = 12g / 2g/mol = 6 moles
    • Rapport molaire de N2 = 2 moles / 1 (coefficient) = 2
    • Rapport molaire de H2 = 6 moles / 3 (coefficient) = 2
    • Dans ce cas H2 et N2 sont tout les deux limitants.
  2. Calcul des moles de NH3 formé :
    • Puisque le rapport stœchiométrique entre N2 et NH3 est de 1:2, 2 moles de N2 peuvent former 4 moles de NH3.
    • Puisque le rapport stœchiométrique entre H2 et NH3 est de 3:2, 6 moles de H2 peuvent former 4 moles de NH3.
  3. Calcul de la masse de NH3 formé :
    • Masse molaire de NH3 = 17g/mol
    • Masse de NH3 = 4 moles * 17g/mol = 68g

Donc, dans cette réaction, 68g d'ammoniac peuvent être formés.

Importance de la Précision et des Unités

Il est crucial d'utiliser les bonnes unités (grammes, moles) et de faire attention aux chiffres significatifs lors des calculs. Une erreur dans les unités ou les chiffres significatifs peut entraîner une erreur significative dans la quantité de produit calculée.

Facteurs Affectant le Rendement Réel

Il est important de noter que le rendement théorique est un rendement maximal idéal. Dans la réalité, le rendement réel est souvent inférieur au rendement théorique en raison de divers facteurs, tels que des réactions secondaires, des pertes lors de la manipulation des produits, ou des réactions incomplètes. Le rendement réel est calculé comme : (quantité de produit obtenue / rendement théorique) * 100%

Ce qu'il faut retenir

  • La quantité de produit formé est déterminée par le réactif limitant.
  • Utiliser la stœchiométrie de l'équation équilibrée pour calculer le nombre de moles de produit formé à partir du réactif limitant.
  • Convertir les moles de produit en masse si nécessaire.
  • Le rendement réel est souvent inférieur au rendement théorique.

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FAQ

  • Si deux réactifs ont le même rapport molaire, lequel est le réactif limitant ?

    Dans ce cas, les deux réactifs sont consommés simultanément et en totalité. La réaction s'arrêtera lorsque les deux réactifs seront épuisés.
  • Comment tenir compte des impuretés dans les réactifs lors du calcul de la quantité de produit ?

    Il faut d'abord déterminer la pureté du réactif. Par exemple, si un réactif est pur à 95%, cela signifie que seulement 95% de sa masse est réellement le réactif, les 5% restants étant des impuretés. Il faut donc ajuster la masse utilisée dans les calculs en conséquence.
  • Est-ce que toutes les réactions atteignent un rendement de 100% ?

    Non, la plupart des réactions n'atteignent pas un rendement de 100%. Des facteurs tels que des réactions secondaires, des pertes lors de la manipulation et l'établissement d'un équilibre chimique peuvent empêcher la réaction de se terminer complètement. C'est pourquoi le rendement réel est presque toujours inférieur au rendement théorique.