Résultats générés
Domaine Physique-Chimie
Type Exercices sur la synthèse d’une espèce chimique avec réactif limitant, quantité de produit forme
Durée 65 min
Déroulé de séance prêt à l’emploi
Pack séance
Supports générés
- Fiche élève distribuable
- Version enseignant détaillée
- Corrigé projetable/imprimable
Exercice 1 — Détermination du réactif limitant et calcul de la quantité de produit formé
Exercice 1
Objectif pédagogique
Appliquer la notion de réactif limitant dans une réaction chimique pour déterminer la quantité maximale de produit formé, en utilisant les coefficients stœchiométriques et les quantités initiales des réactifs.
Consigne pour l’élève
À partir des données fournies, identifiez le réactif limitant et calculez la quantité de produit formé (en moles) pour la réaction suivante :
2 Al + 3 Cl₂ → 2 AlCl₃
Les quantités initiales sont :
- Aluminium (Al) : 0,45 mol
- Dichlore (Cl₂) : 0,60 mol
Exercice à réaliser
- Écrivez l’équation chimique équilibrée.
- Calculez les rapports molaires initiaux des réactifs.
- Déterminez le réactif limitant en comparant les rapports aux coefficients stœchiométriques.
- Calculez la quantité maximale de chlorure d’aluminium (AlCl₃) formé.
Support élève imprimable
Énoncé élève :
Réaction chimique : 2 Al + 3 Cl₂ → 2 AlCl₃
Quantités initiales :
- Al : 0,45 mol
- Cl₂ : 0,60 mol
- Écrivez l’équation chimique équilibrée (déjà donnée, mais à recopier).
- Calculez le rapport molaire initial Al/Cl₂.
- Comparez ce rapport au rapport stœchiométrique (2/3). Quel est le réactif limitant ?
- Calculez la quantité maximale de AlCl₃ formé (en moles).
Bloc à compléter :
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| Rapport molaire initial Al/Cl₂ | … |
| Rapport stœchiométrique Al/Cl₂ | 2/3 |
| Réactif limitant | … |
| Quantité maximale de AlCl₃ | … mol |
Zone de réponse claire :
Réponses attendues :
- Équation déjà équilibrée.
- Rapport molaire initial : 0,45 / 0,60 = 0,75.
- Réactif limitant : Al (car 0,75 > 2/3 ≈ 0,67).
- Quantité maximale de AlCl₃ : 0,45 mol (car 2 Al → 2 AlCl₃).
Matériel requis
Aucun
Temps estimé
20 minutes
Corrigé détaillé
- Équation : 2 Al + 3 Cl₂ → 2 AlCl₃ (déjà équilibrée).
- Rapport molaire initial : n(Al)/n(Cl₂) = 0,45 / 0,60 = 0,75.
- Rapport stœchiométrique : 2/3 ≈ 0,67. Comme 0,75 > 0,67, Al est en excès et Cl₂ est le réactif limitant.
- Quantité maximale de AlCl₃ :
- D’après Cl₂ : 0,60 mol Cl₂ → (2/3)*0,60 = 0,40 mol AlCl₃.
- Vérification : Al disponible (0,45 mol) > nécessaire (0,40 mol), donc AlCl₃ = 0,40 mol.
Différenciation pédagogique
- Remédiation : Proposer un exemple guidé avec des nombres entiers pour faciliter les calculs.
- Approondissement : Ajouter une question sur la masse de AlCl₃ formé (M(AlCl₃) = 133,5 g/mol).
Exercice 2 — Synthèse de l’eau : calculs stœchiométriques et rendement
Exercice 2
Objectif pédagogique
Utiliser les lois de la stœchiométrie pour déterminer les quantités de réactifs nécessaires à la synthèse de l’eau, puis évaluer le rendement d’une réaction en comparant la quantité théorique et expérimentale de produit formé.
Consigne pour l’élève
On réalise la synthèse de l’eau à partir de dihydrogène (H₂) et de dioxygène (O₂). L’équation de la réaction est :
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Dans une expérience, on introduit 5,0 g de H₂ et 30,0 g de O₂.
- Calculez la quantité de matière (en moles) de chaque réactif.
- Déterminez le réactif limitant.
- Calculez la masse théorique d’eau formée.
- En réalité, on obtient 35,0 g d’eau. Calculez le rendement de la réaction.
Exercice à réaliser
- Convertir les masses en moles (M(H₂) = 2 g/mol ; M(O₂) = 32 g/mol ; M(H₂O) = 18 g/mol).
- Appliquer les coefficients stœchiométriques pour trouver le réactif limitant.
- Calculer la masse théorique maximale d’eau.
- Comparer avec la masse expérimentale pour déterminer le rendement.
Support élève imprimable
Énoncé élève :
Équation : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Données :
- Masse de H₂ : 5,0 g
- Masse de O₂ : 30,0 g
Masses molaires : - H₂ : 2 g/mol
- O₂ : 32 g/mol
- H₂O : 18 g/mol
- Calculez les quantités de matière (en moles) de H₂ et O₂.
- Identifiez le réactif limitant.
- Calculez la masse théorique maximale d’eau formée.
- Le rendement de la réaction est de 85 %. Calculez la masse expérimentale d’eau obtenue.
Bloc à compléter :
| Donnée | Valeur |
|---|---|
| n(H₂) | … mol |
| n(O₂) | … mol |
| Réactif limitant | … |
| Masse théorique de H₂O | … g |
| Masse expérimentale de H₂O | … g |
Zone de réponse claire :
Réponses attendues :
- n(H₂) = 5,0 / 2 = 2,5 mol ; n(O₂) = 30,0 / 32 ≈ 0,94 mol.
- Réactif limitant : O₂ (car 2,5 / 0,94 ≈ 2,66 > 2/1).
- Masse théorique : 0,94 mol O₂ → 20,94 = 1,88 mol H₂O → 1,8818 ≈ 33,8 g.
- Masse expérimentale : 33,8 * 0,85 ≈ 28,7 g.
Matériel requis
Aucun
Temps estimé
25 minutes
Corrigé détaillé
- n(H₂) = 5,0 / 2 = 2,5 mol ; n(O₂) = 30,0 / 32 = 0,9375 mol.
- Rapport stœchiométrique : 2/1 = 2. Rapport initial : 2,5 / 0,9375 ≈ 2,66 > 2 → O₂ est limitant.
- D’après O₂ : 0,9375 mol O₂ → 20,9375 = 1,875 mol H₂O → 1,87518 = 33,75 g.
- Rendement = masse expérimentale / masse théorique → masse expérimentale = 33,75 * 0,85 ≈ 28,7 g.
Différenciation pédagogique
- Remédiation : Fournir un tableau de conversion masse → moles pour les élèves en difficulté.
- Approondissement : Demander une explication sur les causes possibles d’un rendement inférieur à 100 %.
Exercice 3 — Synthèse du chlorure de sodium : approche quantitative et tableau d’avancement
Exercice 3
Objectif pédagogique
Construire un tableau d’avancement pour une réaction chimique simple, identifier le réactif limitant et calculer la quantité de produit formé en fin de réaction.
Consigne pour l’élève
On fait réagir du sodium (Na) et du dichlore (Cl₂) pour former du chlorure de sodium (NaCl) selon l’équation :
2 Na + Cl₂ → 2 NaCl
On introduit 0,30 mol de Na et 0,15 mol de Cl₂.
- Construisez un tableau d’avancement pour cette réaction.
- Déterminez le réactif limitant.
- Calculez la quantité de NaCl formé à la fin de la réaction.
- Calculez la quantité de réactif en excès restant à la fin.
Exercice à réaliser
- Remplir un tableau d’avancement avec les colonnes : état initial, avancement x, état final.
- Utiliser les coefficients stœchiométriques pour déterminer les variations de quantités.
- Identifier le réactif limitant en comparant les quantités consommées.
Support élève imprimable
Énoncé élève :
Équation : 2 Na + Cl₂ → 2 NaCl
Quantités initiales :
- Na : 0,30 mol
- Cl₂ : 0,15 mol
- Construisez un tableau d’avancement pour cette réaction.
- Quel est le réactif limitant ?
- Quelle est la quantité de NaCl formé à la fin ?
- Quelle quantité de réactif reste-t-il en excès ?
Bloc à compléter :
| État | n(Na) | n(Cl₂) | n(NaCl) |
|---|---|---|---|
| Initial | 0,30 | 0,15 | 0 |
| Avancement x | -2x | -x | +2x |
| Final | … | … | … |
Zone de réponse claire :
Réponses attendues :
- Tableau complété :
État n(Na) n(Cl₂) n(NaCl) Initial 0,30 0,15 0 Avancement x -2x -x +2x Final 0,30 – 2x 0,15 – x 2x - Réactif limitant : Cl₂ (car 0,15 – x = 0 → x = 0,15 ; alors n(Na) = 0,30 – 2*0,15 = 0).
- Quantité de NaCl : 2*0,15 = 0,30 mol.
- Réactif en excès : Na → 0 mol restant.
Matériel requis
Aucun
Temps estimé
30 minutes
Corrigé détaillé
- Tableau d’avancement :
- État initial : n(Na) = 0,30 ; n(Cl₂) = 0,15 ; n(NaCl) = 0.
- Avancement x : Na diminue de 2x, Cl₂ de x, NaCl augmente de 2x.
- État final : x_max = 0,15 (limité par Cl₂). Donc :
n(Na) = 0,30 – 20,15 = 0 mol.
n(Cl₂) = 0,15 – 0,15 = 0 mol.
n(NaCl) = 20,15 = 0,30 mol.
- Réactif limitant : Cl₂ (car il est entièrement consommé).
- Quantité de NaCl : 0,30 mol.
- Réactif en excès : Na → 0 mol restant (tout a réagi).
Différenciation pédagogique
- Remédiation : Proposer un tableau partiellement rempli pour guider les élèves.
- Approondissement : Ajouter une question sur la masse de NaCl formé (M(NaCl) = 58,5 g/mol).
Référentiels utilisés
1 source
-
Programme d’enseignement du cycle des approfondissements (cycle 4) / D’après le BOEN n° 31 du 30 juillet 2020
Ressources complémentaires
5 liens
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