LIMITATION ET EXCÈS DE RÉACTIF: COMMENT LE CALCULER ET EXEMPLES - CHIMIE - 2024

Le réactif limitant est celui qui est complètement consommé et détermine la quantité de masse de produits formée lors d'une réaction chimique; tandis que le réactif en excès est celui qui ne réagit pas complètement après avoir consommé le réactif limitant.

Dans de nombreuses réactions, un excès de réactif est recherché pour s'assurer que tout le réactif d'intérêt réagit. Par exemple, si A réagit avec B pour produire du C, et que l'on souhaite que A réagisse complètement, un excès de B. est ajouté. Cependant, la synthèse et les critères scientifiques et économiques déterminent si un excès de A est approprié. ou B.

Liquide de recherche de laboratoire de chimie chimiste

Le réactif limitant détermine la quantité de produit qui peut être formée dans la réaction chimique. Par conséquent, si l'on sait combien de A a réagi, on détermine immédiatement quelle quantité de C. s'est formée. L'excès de réactif ne révèle jamais les quantités de produit formé.

Et si A et B sont consommés dans la réaction? On parle alors d'un mélange équimolaire de A et B. En pratique, cependant, ce n'est pas une tâche facile de s'assurer qu'il y a des nombres égaux de moles ou équivalents de tous les réactifs; Dans ce cas, l'un des deux, A ou B, peut être utilisé pour calculer le montant de C.

Comment sont calculés les réactifs limitants et en excès?

Il existe de nombreuses façons d'identifier et de calculer la quantité de réactif limitant qui peut être impliquée dans la réaction. Une fois calculés, les autres réactifs sont en excès.

Une méthode permettant d'identifier quel est le réactif limitant, basée sur la comparaison de la proportion de réactifs avec le rapport stoechiométrique, est celle décrite ci-dessous.

Méthode 1

Une réaction chimique peut être décrite de la manière suivante:

aX + bY => cZ

Où X, Y et Z représentent le nombre de moles de chaque réactif et produit. Pendant ce temps, a, b et c représentent leurs coefficients stoechiométriques, résultant de l'équilibre chimique des réactions.

Si le quotient (X / a) et le quotient (Y / b) sont obtenus, le réactif de quotient inférieur est le réactif limitant.

Lorsque les rapports indiqués sont calculés, la relation entre le nombre de moles présentes dans la réaction (X, Y et Z) et le nombre de moles impliquées dans la réaction est établie, représentée par les coefficients stoechiométriques des réactifs (a et b).

Par conséquent, plus le quotient indiqué pour un réactif est bas, plus le déficit de ce réactif pour achever la réaction est grand; et par conséquent, c'est le réactif limitant.

Exemple

SiO ₂ (s) + 3 C (s) => SiC (s) + 2 CO ₂ (g)

3 g de SiO ₂ (oxyde de silicium) sont mis à réagir avec 4,5 g de C (carbone).

Moles de SiO ₂

Masse = 3 g

Poids moléculaire = 60 g / mol

Nombre de moles de SiO ₂ = 3g / (60g / mol)

0,05 mole

Nombre de moles de C

Masse = 4,5 g

Poids atomique = 12 g / mol

Nombre de moles de C = 4,5 g / (12g / mol)

0,375 mole

Quotient entre le nombre de moles des réactifs et leurs coefficients stoechiométriques:

Pour SiO ₂ = 0,05 mol / 1 mol

Quotient = 0,05

Pour C = 0,375 mole / 3 moles

Quotient = 0,125

A partir de la comparaison des valeurs des quotients, on peut conclure que le réactif limitant est SiO ₂.

Méthode 2

Dans la réaction précédente, la masse produite de SiC est calculée, lorsque 3 g de SiO ₂ sont utilisés et lorsque les 4,5 g de C sont utilisés

(3 g SiO ₂) x (1 mole SiO ₂ /60 g de SiO ₂) x (1 mole SiC / 1 mol de SiO ₂) x (40 g SiC / SiC 1 mole) = 2 g de SiC

(4,5 g C) x (3 mol C / 36 g C) x (1 mol SiC / 3 mol C) x (40 g SiC / 1 mol SiC) = 5 g SiC

Ainsi, plus de SiC (carbure de silicium) serait produit si la réaction se produisait en consommant tout le carbone que la quantité produite en consommant tout le SiO ₂. En conclusion, SiO ₂ est le réactif limitant, car lorsque tout l'excès de C est consommé, plus de SiC serait généré.

Exemples

-Exemple 1

On fait réagir 0,5 mole d'aluminium avec 0,9 mole de chlore (Cl ₂) pour former du chlorure d'aluminium (AlCl ₃): quel est le réactif limitant et quel est le réactif en excès? Calculer la masse du réactif limitant et l'excès de réactif

2 Al (s) + 3 Cl ₂ (g) => 2 AlCl ₃ (s)

Méthode 1

Les quotients entre les moles des réactifs et les coefficients stoechiométriques sont:

Pour l'aluminium = 0,5 mole / 2 moles

Quotient aluminium = 0,25

Pour Cl ₂ = 0,9 mole / 3 moles

Quotient Cl ₂ = 0,3

Ensuite, le réactif limitant est l'aluminium.

Une conclusion similaire est obtenue en déterminant les moles de chlore nécessaires pour se combiner avec les 0,5 mole d'aluminium.

Moles de Cl ₂ = (0,5 mole de A) x (3 moles de Cl ₂ /2 moles de A)

0,75 mole de Cl ₂

Ensuite, il y a un excès de Cl ₂: il faut 0,75 mole pour réagir avec l'aluminium, et 0,9 mole sont présentes. Par conséquent, il y a un excès de 0,15 mole de Cl _2.

On peut conclure que le réactif limitant est l'aluminium

Calcul des masses des réactifs

Limitation de la masse de réactif:

Masse d'aluminium = 0,5 mole d'Al x 27 g / mole

13,5 g.

La masse atomique d'Al est de 27g / mol.

Masse d'excès de réactif:

0,15 mole de Cl ₂ est restée

Masse de Cl _{2 en} excès = 0,15 mole de Cl ₂ x 70 g / mol

10,5 g

-Exemple 2

L'équation suivante représente la réaction entre le nitrate d'argent et le chlorure de baryum en solution aqueuse:

2 AgNO ₃ (aq) + BaCl ₂ (aq) => 2 AgCl (s) + Ba (NO ₃) ₂ (aq)

Selon cette équation, si une solution contenant 62,4 g d'AgNO ₃ est mélangée avec une solution contenant 53,1 g de BaCl ₂: a) Quel est le réactif limitant? b) Combien de réactifs n'ont pas réagi? c) Combien de grammes d'AgCl se sont formés?

Poids moléculaires:

-AgNO ₃: 169,9 g / mol

-BaCl ₂: 208,9 g / mol

-AgCl: 143,4 g / mol

-Ba (NO ₃) ₂: 261,9 g / mol

Méthode 1

Pour appliquer la méthode 1, qui permet l'identification du réactif limitant, il est nécessaire de déterminer les moles d'AgNO ₃ et de BaCl ₂ présentes dans la réaction.

Moles d'AgNO ₃

Poids moléculaire 169,9 g / mol

Masse = 62,4 g

Nombre de moles = 62,4 g / (169,9 g / mol)

0,367 mole

Moles de BaCl ₂

Poids moléculaire = 208,9 g / mol

Masse = 53,1 g

Nombre de moles = 53,1 g / (208,9 g / mol)

0,254 mole

Détermination des quotients entre le nombre de moles des réactifs et leurs coefficients stoechiométriques.

Pour AgNO ₃ = 0,367 mole / 2 moles

Quotient = 0,184

Pour BaCl ₂ = 0,254 mole / 1 mole

Quotient = 0,254

Sur la base de la méthode 1, la valeur des quotients permet d'identifier AgNO ₃ comme réactif limitant.

Calcul de la masse de l'excès de réactif

L'équilibre stoechiométrique de la réaction indique que 2 moles d'AgNO ₃ réagissent avec 1 mole de BaCl _2.

Moles de BaCl ₂ = (0.367 mole d'AgNO ₃) x (1 mole de BaCl ₂ /2 moles de AgNO ₃)

0,1835 mole de BaCl ₂

Et les moles de BaCl ₂ qui ne sont pas intervenues dans la réaction, c'est-à-dire qui sont en excès, sont:

0,254 mole - 0,1835 mole = 0,0705 mole

Masse de BaCl ₂ en excès:

0,0705 mol x 208,9 g / mol = 14,72 g

Résumé:

Excès de réactif: BaCl ₂

Excès de masse: 14,72 g

Calcul des grammes d'AgCl produits dans la réaction

Pour calculer la masse des produits, les calculs sont effectués en fonction du réactif limitant.

g AgCl = (62,4 g AgNO ₃) x (1 mol AgNO ₃ / 169,9 g) x (2 mol AgCl / 2 mol AgNO ₃) x (142,9 g / mol AgCl)

52,48 grammes

Références

1. Whitten, Davis, Peck et Stanley. (2008). Chimie. (8e éd.). Apprentissage CENGAGE.
2. Flores J. (2002). Chimie. Éditorial Santillana
3. Wikipédia. (2018). Réactif limitant: en.wikipedia.org
4. Shah S. (21 août 2018). Limiter les réactifs. Chimie LibreTexts. Récupéré de: chem.libretexts.org
5. Exemples de réactifs limitant la stoechiométrie. Récupéré de: chemteam.info
6. Université de Washington. (2005). Limiter les réactifs. Récupéré de: chemistry.wustl.edu