La réaction chimique
Equation d'une réaction chimique
Le chimiste Lavoisier a énoncé la loi de conservation de la masse au cours d'une réaction :
« rien ne se crée, rien ne se perd »
L'équation de la réaction chimique doit donc être équilibrée. On définit alors les coefficients stœchiométriques ai (ou ak) de chaque constituant de la réaction :
$${{a}_{1}}{{A}_{1}}+\text{ }{{a}_{2}}{{A}_{2}}+\ldots .{{a}_{i}}{{A}_{i}}+\ldots ..\to {{b}_{1}}{{B}_{1}}+\text{ }{{b}_{2}}{{B}_{2}}+\ldots .{{b}_{k}}{{B}_{k}}+\ldots $$
Les réactifs ou réactants sont les produits de départ et on obtient les produits de la réaction.
Une réaction peut être réalisée dans les conditions stœchiométriques ou avec un excès de l'un des réactifs.
Le calcul du rendement ou taux d'avancement $\xi $ d'une réaction se fait à partir du nombre de mole du réactif limitant (réactif qui disparaît totalement).
Pour une réaction quelconque : on définit l'avancement de la réaction :
$$\xi =\frac{n({{B}_{k}})-{{n}_{o}}({{B}_{k}})}{{{b}_{k}}}=-\frac{n({{A}_{i}})-{{n}_{o}}({{A}_{i}})}{{{a}_{k}}}\text{ et }\tau =\frac{n(L)-{{n}_{o}}(L)}{{{n}_{o}}(L)}$$
avec L le réactif limitant
Exemple :
On fait réagir 50g d'aluminium avec 250g d'oxyde ferrique. on obtient 78,6g de fer.
Quel est le rendement de la réaction ?
$$2\text{ }Al\left( s \right)\text{ }+\text{ }F{{e}_{2}}{{O}_{3}}\left( s \right)\to 2\text{ }Fe\left( s \right)\text{ }+\text{ }A{{l}_{2}}{{O}_{3}}\left( s \right)$$
L'aluminium est le réactif limitant :
On peut donc obtenir au plus 103,5g de fer.
Le rendement est de 76%
$$\xi =\frac{n(Fe)}{2}=0,7035\,\,\,\,\,\,\,\,\tau =\frac{n(Al)-{{n}_{o}}(Al)}{{{n}_{o}}(Al)}=\frac{2\xi }{1,853}=76% $$
Exemple :
L'azoture de sodium NaN3 est le principal composant de la charge d'un airbag : il se décompose de manière explosive lors d'un impact.
Quel est le volume de gaz produit à 25°C par 130g de $\text{Na}{{\text{N}}_{\text{3}}}$ ?
$$2\text{ }Na{{N}_{3}}\left( s \right)~\to 2\text{ }Na\left( s \right)\text{ }+\text{ }3\text{ }{{N}_{2}}\left( g \right)$$
le volume produit est 3x24,5 L ( volume molaire d'un gaz à 25°C) = 73,5 L
Réaction totale ou limitée
Quand une réaction est totale : le réactif qui disparaît complètement est appelé réactif limitant.
Quand une réaction totale est faite dans les proportions stœchiométriques, tous les réactifs disparaissent à l'issue de la réaction.
Exemple :
Pour une réaction : $A+3B\to 2C$
Avec à l'état initial : ${{n}_{A}}=\text{ }0.3\text{ }mol,\text{ }{{n}_{B}}=\text{ }0.8\text{ }mol\text{ }et\text{ }{{n}_{C}}=\text{ }0$
Calculer $\text{ }\!\!\xi\!\!\text{ }$ sachant que la réaction est totale. Quel est le réactif limitant ?
A | 3B | 2C | |
|---|---|---|---|
t0 = 0 | 0.3 | 0.8 | 0 |
t | $0.3-\xi $ | $0.8-3\xi $ | $2\xi $ |
Le réactif limitant est B : $\text{0}\text{.83 }\text{ }\!\!\xi\!\!\text{ }\text{ = 0}$ donc $\text{ }\!\!\xi\!\!\text{ }\text{ =0}\text{.8/3 = 0}\text{.27 mol}$
L'état final est donc : ${{\text{n}}_{\text{A}}}\text{= 0}\text{.03 mol}\text{, }{{\text{n}}_{\text{B}}}\text{= 0}$ et ${{\text{n}}_{\text{C}}}\text{= 0}\text{.54 mol}$.
Remarque : si on écrit l'équation-bilan : $1/2\text{ }A\text{ }+\text{ }3/2\text{ }B\to C$ , on obtiendra le même résultat final.
