Pourquoi un réactif s’épuise en premier
Une réaction consomme ses réactifs dans les proportions fixées par l’équation ajustée. En pratique, les quantités mélangées respectent rarement ces proportions. Le réactif entièrement consommé en premier est le réactif limitant : quand il est épuisé, la réaction s’arrête et l’autre réactif reste en excès. Le réactif limitant fixe l’avancement maximal xmax et donc la masse maximale de produit.
La méthode du tableau d’avancement
Pour une réaction a A + b B → c C :
- Calculez les quantités initiales : n = m ÷ M.
- Écrivez qu’à l’état final, n(A) − a·x ≥ 0 et n(B) − b·x ≥ 0.
- Les hypothèses donnent x = n(A) ÷ a et x = n(B) ÷ b : la plus petite valeur est xmax et désigne le réactif limitant.
- Quantité de produit = c × xmax ; masse = c × xmax × M(C).
- Excès restant = (n − coefficient × xmax) × M pour l’autre réactif.
Exemple chiffré
On fait réagir 10 g de dihydrogène et 64 g de dioxygène : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.
- n(H₂) = 10 ÷ 2,016 = 4,960 mol ; n(O₂) = 64 ÷ 31,998 = 2,000 mol.
- Si H₂ est limitant : xmax = 4,960 ÷ 2 = 2,480 mol. Si O₂ est limitant : xmax = 2,000 ÷ 1 = 2,000 mol.
- La plus petite valeur l’emporte : O₂ est limitant, xmax = 2,000 mol.
- Eau formée = 2 × 2,000 = 4,000 mol, soit 4,000 × 18,015 = 72,06 g.
- H₂ consommé = 4,000 mol ; il en reste 0,960 mol, soit 1,94 g.
La masse se conserve : 10 + 64 = 74 g de réactifs donnent 72,06 g d’eau et 1,94 g de dihydrogène restant.
Le tableau d’avancement
| État | Avancement | n(H₂) | n(O₂) | n(H₂O) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | 0 | 4,960 | 2,000 | 0 |
| En cours | x | 4,960 − 2x | 2,000 − x | 2x |
| Final | xmax = 2,000 | 0,960 | 0 | 4,000 |
L’erreur classique
Comparer directement les masses ou les quantités de matière, sans diviser par les coefficients, donne un mauvais résultat. Ici, il y a moins de moles de O₂ que de H₂, mais cela ne prouve rien : l’équation consomme deux fois plus de H₂ que de O₂.
Le mélange stœchiométrique
Si les deux rapports n ÷ coefficient sont égaux, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques : ils sont tous deux entièrement consommés. C’est exactement la situation de l’équivalence d’un titrage.
Du rendement théorique au rendement réel
En pratique, les réactions incomplètes, les réactions parasites et les pertes lors de la purification réduisent la masse obtenue. Le rendement vaut masse obtenue ÷ masse maximale × 100 ; notre calculateur de rendement d’une synthèse le calcule à partir de la masse maximale trouvée ici.