Lycée – 1re générale – Physique-Chimie – Exercices sur la synthèse d’une espèce chimique avec réactif limitant, quantité deproduit forme – Lycée – 1re générale – Physique-Chimie

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Résultats générés

Pack séance complet, interactif et prêt à distribuer
Niveau Lycée – 1re générale
Domaine Physique-Chimie
Type Exercices sur la synthèse d’une espèce chimique avec réactif limitant, quantité deproduit forme
Durée 65 min



Déroulé de séance prêt à l’emploi

Progression recommandée pour une séance dynamique

Pack séance

1
Mise en route
5-10 min • Activation des prérequis

2
Pratique guidée
15-20 min • Exercices 1 et 2

3
Autonomie
15-20 min • Exercice 3

4
Bilan & évaluation flash
5-10 min • Vérification des acquis

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

Prêt à utiliser en classe




Exercice 1


Objectif pédagogique

Appliquer la notion de réactif limitant pour calculer la quantité maximale de produit formé lors d’une synthèse chimique, en utilisant les coefficients stœchiométriques et les quantités initiales de réactifs.


Consigne pour l’élève

À partir des données fournies dans l’énoncé, identifiez le réactif limitant puis calculez la quantité de produit formé (en moles). Justifiez vos étapes de calcul.


Exercice à réaliser

Le sulfate de cuivre(II) pentahydraté (CuSO₄·5H₂O) peut être synthétisé par réaction entre l’oxyde de cuivre(II) (CuO) et l’acide sulfurique (H₂SO₄) selon l’équation suivante :
CuO (s) + H₂SO₄ (aq) → CuSO₄ (aq) + H₂O (l)
On introduit dans un bécher :

  • 0,25 mol de CuO
  • 0,30 mol de H₂SO₄
  1. Écrivez l’équation de la réaction en indiquant les coefficients stœchiométriques.
  2. Déterminez le réactif limitant.
  3. Calculez la quantité maximale de CuSO₄ (aq) qui peut être formée.
  4. Calculez la quantité d’eau produite.

Support élève imprimable

Énoncé élève :
Le sulfate de cuivre(II) pentahydraté (CuSO₄·5H₂O) peut être synthétisé par réaction entre l’oxyde de cuivre(II) (CuO) et l’acide sulfurique (H₂SO₄) selon l’équation suivante :
CuO (s) + H₂SO₄ (aq) → CuSO₄ (aq) + H₂O (l)
On introduit dans un bécher :

  • 0,25 mol de CuO
  • 0,30 mol de H₂SO₄
    Bloc à compléter :
  1. Équation de la réaction avec coefficients stœchiométriques :
    … CuO (s) + … H₂SO₄ (aq) → … CuSO₄ (aq) + … H₂O (l)
  2. Réactif limitant : …
    Justification : …
  3. Quantité maximale de CuSO₄ (aq) formée : … mol
  4. Quantité d’eau produite : … mol
    Zone de réponse claire :
    Écrivez ici vos calculs et raisonnements détaillés.

Matériel requis

Aucun


Temps estimé

20 minutes


Corrigé détaillé
  1. Équation équilibrée :
    1 CuO (s) + 1 H₂SO₄ (aq) → 1 CuSO₄ (aq) + 1 H₂O (l)
  2. Réactif limitant :
    • CuO : 0,25 mol disponible → consomme 0,25 mol de H₂SO₄
    • H₂SO₄ : 0,30 mol disponible → reste 0,05 mol inutilisé
      Le CuO est le réactif limitant car il est entièrement consommé en premier.
  3. Quantité maximale de CuSO₄ :
    D’après l’équation, 1 mol de CuO produit 1 mol de CuSO₄.
    Donc 0,25 mol de CuO → 0,25 mol de CuSO₄.
  4. Quantité d’eau produite :
    1 mol de CuO produit 1 mol de H₂O.
    Donc 0,25 mol de CuO → 0,25 mol de H₂O.

Différenciation pédagogique
  • Remédiation : Proposer un exemple guidé avec des nombres entiers simples (ex : 2 mol et 3 mol).
  • Approondissement : Ajouter une question sur le rendement si la réaction n’est pas totale (ex : “Si le rendement est de 80 %, quelle est la quantité réelle de CuSO₄ obtenue ?”).

Exercice 2 — Synthèse de l’aspirine : optimisation des quantités de réactifs

Prêt à utiliser en classe




Exercice 2


Objectif pédagogique

Analyser une situation de synthèse chimique en déterminant les proportions optimales de réactifs pour maximiser le produit formé, en tenant compte des contraintes de coût et de disponibilité.


Consigne pour l’élève

Un chimiste souhaite synthétiser de l’aspirine (C₉H₈O₄) à partir d’acide salicylique (C₇H₆O₃) et d’anhydride acétique (C₄H₆O₃) selon l’équation :
C₇H₆O₃ + C₄H₆O₃ → C₉H₈O₄ + C₂H₄O₂
Il dispose de :

  • 5,0 mol d’acide salicylique
  • 8,0 mol d’anhydride acétique
    Le coût de l’anhydride acétique est élevé. Proposez une stratégie pour minimiser son gaspillage tout en produisant la quantité maximale d’aspirine.

Exercice à réaliser
  1. Équilibrez l’équation de la réaction.
  2. Identifiez le réactif limitant si les deux réactifs sont utilisés en quantités stœchiométriques.
  3. Proposez une quantité d’anhydride acétique à utiliser pour éviter son gaspillage, tout en produisant la quantité maximale possible d’aspirine.
  4. Calculez la quantité d’aspirine formée dans ce cas.

Support élève imprimable

Énoncé élève :
Un chimiste souhaite synthétiser de l’aspirine (C₉H₈O₄) à partir d’acide salicylique (C₇H₆O₃) et d’anhydride acétique (C₄H₆O₃) selon l’équation :
C₇H₆O₃ + C₄H₆O₃ → C₉H₈O₄ + C₂H₄O₂
Il dispose de :

  • 5,0 mol d’acide salicylique
  • 8,0 mol d’anhydride acétique
    Le coût de l’anhydride acétique est élevé.
    Bloc à compléter :
  1. Équation équilibrée :
    … C₇H₆O₃ + … C₄H₆O₃ → … C₉H₈O₄ + … C₂H₄O₂
  2. Réactif limitant si les deux réactifs sont utilisés en quantités stœchiométriques :
    …
  3. Stratégie pour minimiser le gaspillage d’anhydride acétique :
    • Quantité d’anhydride acétique à utiliser : … mol
    • Justification : …
  4. Quantité d’aspirine formée : … mol
    Zone de réponse claire :
    Détaillez vos calculs et votre raisonnement.

Matériel requis

Aucun


Temps estimé

25 minutes


Corrigé détaillé
  1. Équation équilibrée :
    1 C₇H₆O₃ + 1 C₄H₆O₃ → 1 C₉H₈O₄ + 1 C₂H₄O₂
  2. Réactif limitant en quantités stœchiométriques :
    • Acide salicylique : 5,0 mol → consomme 5,0 mol d’anhydride acétique
    • Anhydride acétique : 8,0 mol → reste 3,0 mol inutilisé
      Le réactif limitant est l’acide salicylique.
  3. Stratégie pour minimiser le gaspillage :
    • Utiliser exactement 5,0 mol d’anhydride acétique (quantité stœchiométrique par rapport à l’acide salicylique).
    • Justification : Cela évite d’avoir un excès d’anhydride acétique coûteux.
  4. Quantité d’aspirine formée :
    1 mol d’acide salicylique produit 1 mol d’aspirine.
    Donc 5,0 mol d’acide salicylique → 5,0 mol d’aspirine.

Différenciation pédagogique
  • Remédiation : Fournir un tableau comparatif des coûts et des quantités pour aider à la décision.
  • Approondissement : Demander de calculer la masse d’aspirine produite (M(C₉H₈O₄) = 180 g/mol) et discuter de l’impact économique.

Exercice 3 — Synthèse du paracétamol : rendement et excès de réactif

Prêt à utiliser en classe




Exercice 3


Objectif pédagogique

Calculer le rendement d’une synthèse chimique en tenant compte d’un excès de réactif et d’un rendement inférieur à 100 %, puis proposer une amélioration du protocole.


Consigne pour l’élève

Le paracétamol (C₈H₉NO₂) est synthétisé à partir de p-aminophénol (C₆H₇NO) et d’anhydride acétique (C₄H₆O₃) selon l’équation :
C₆H₇NO + C₄H₆O₃ → C₈H₉NO₂ + C₂H₄O₂
Un chimiste utilise :

  • 0,40 mol de p-aminophénol
  • 0,60 mol d’anhydride acétique (en excès)
    À la fin de la réaction, il obtient 0,32 mol de paracétamol.
  1. Identifiez le réactif limitant.
  2. Calculez le rendement de la synthèse.
  3. Proposez une modification du protocole pour augmenter le rendement.

Exercice à réaliser
  1. Équilibrez l’équation de la réaction.
  2. Déterminez le réactif limitant.
  3. Calculez le rendement de la synthèse.
  4. Proposez une amélioration du protocole.

Support élève imprimable

Énoncé élève :
Le paracétamol (C₈H₉NO₂) est synthétisé à partir de p-aminophénol (C₆H₇NO) et d’anhydride acétique (C₄H₆O₃) selon l’équation :
C₆H₇NO + C₄H₆O₃ → C₈H₉NO₂ + C₂H₄O₂
Un chimiste utilise :

  • 0,40 mol de p-aminophénol
  • 0,60 mol d’anhydride acétique (en excès)
    À la fin de la réaction, il obtient 0,32 mol de paracétamol.
    Bloc à compléter :
  1. Équation équilibrée :
    … C₆H₇NO + … C₄H₆O₃ → … C₈H₉NO₂ + … C₂H₄O₂
  2. Réactif limitant :
    …
  3. Rendement de la synthèse :
    • Quantité théorique maximale de paracétamol : … mol
    • Rendement = (quantité réelle / quantité théorique) × 100 = … %
  4. Proposition d’amélioration du protocole :
    …
    Zone de réponse claire :
    Rédigez vos réponses et justifiez vos propositions.

Matériel requis

Aucun


Temps estimé

20 minutes


Corrigé détaillé
  1. Équation équilibrée :
    1 C₆H₇NO + 1 C₄H₆O₃ → 1 C₈H₉NO₂ + 1 C₂H₄O₂
  2. Réactif limitant :
    • p-aminophénol : 0,40 mol → consomme 0,40 mol d’anhydride acétique
    • Anhydride acétique : 0,60 mol → reste 0,20 mol en excès
      Le réactif limitant est le p-aminophénol.
  3. Rendement :
    • Quantité théorique maximale de paracétamol : 0,40 mol (car 1 mol de p-aminophénol produit 1 mol de paracétamol).
    • Rendement = (0,32 / 0,40) × 100 = 80 %.
  4. Proposition d’amélioration :
    • Augmenter la température ou le temps de réaction pour favoriser la conversion.
    • Utiliser un catalyseur pour accélérer la réaction.
    • Purifier le produit final pour éliminer les impuretés qui pourraient réduire le rendement apparent.

Différenciation pédagogique
  • Remédiation : Fournir un exemple avec un rendement de 50 % pour faciliter les calculs.
  • Approondissement : Demander de calculer la masse de paracétamol obtenue (M(C₈H₉NO₂) = 151 g/mol) et discuter des pertes possibles lors de la purification.


Référentiels utilisés

RAG

1 source

  • Programme d’enseignement du cycle des approfondissements (cycle 4) / D’après le BOEN n° 31 du 30 juillet 2020
    OFFICIEL

    Ouvrir


Ressources complémentaires

Liens utiles pour approfondir

5 liens

1. Réactif en excès et réactif limitant – Superprof
Jul 21, 2023 … Écrire l’équation chimique équilibrée de la réaction. Calculer la quantité de produit formé à partir de chaque réactif, en utilisant les …
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2. Stratégie de la synthèse organique : cours Tle – Physique-chimie
Dans une réaction chimique, différentes espèces interviennent : les réactifs … Quantité de matière, réactif limitant. bannière à retenir. À retenir. Les …
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3. La réaction chimique – 1S – Cours Physique-Chimie – Kartable
Dec 13, 2024 … Elle obéit à des lois de conservation (de la masse, des éléments et de la charge électrique) que son écriture symbolique, l’équation chimique, …
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4. Produits d’une transformation chimique – Cours de seconde
May 21, 2017 … Quantité de produit formé; Masse de produit formé; Sous-produit; Produits d’une … © 2025 PHYSIQUE ET CHIMIE • Construit avec GeneratePress.
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5. Les outils et stratégies proposés aux élèves pour comprendre et …
Dec 9, 2024 … … avec les différents enseignants de physique-chimie du lycée … quantité de produit formé au cours de la réaction et la quantité de produit.
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