Terminale S Accompagnement Personnalisé n°1

M.Meyniel 1/2

LA QUANTITE DE MATIERE ET LES TABLEAUX D’AVANCEMENT

Exercice 1 : Combustion du propane

Par une chaude journée d’été, Perline souhaite faire cuire des brochettes de poulet avec des poivrons. Elle

utilise pour cela un barbecue à gaz et en consomme 25.101 g.

1. Préciser le comburant et combustible utilisés. On précisera les formules brutes correspondantes.

Le comburant est l’espèce chimique qui permet de brûler : le dioxygène O2. Le combustible est l’espèce chimique qui brûle : le gaz propane C3H8 (cf titre de l’exercice).

2. Quels sont les espèces chimiques produites ? Comment les mettre en évidence ?

La combustion étant complète, il se forme du dioxyde de carbone (CO2 que l’on peut mettre en évidence par un trouble de l’eau de chaux) et de l’eau (H2O que l’on peut mettre en évidence par le changement de couleur en bleu du sulfate de cuivre anhydre, solide blanc).

3. Peut-on parler de transformation chimique ?

Il s’agit d’une transformation chimique puisque de nouvelles espèces chimiques apparaissent (et d’autres disparaissent).

4. Etablir l’équation de la réaction.

C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O(g) Penser à mettre les états physiques des différentes espèces. Attention aux coefficients stœchiométriques.

5. Déterminer la composition, en quantité de matière, du système à l’état final à l’aide du tableau

d’avancement suivant, sachant que 25 mol de dioxygène ont été consommées.

m = n.M => npropane = m / M(C3H8) = 25.101 / (312 + 81) = 5,7 mol Unité / CS / Arrondi

Détermination de l’avancement maximal [xmax = min(x1 ; x2)] : 5,7 – x1 = 0 x1 = 5,7 mol 25 – 5.x2 = 0 x2 = 5,0 mol = xmax

6. On s’aperçoit que tout le gaz n’a pas été consommé. Il convient de réduire notamment le débit.

Dans ce cas pour la même quantité de gaz libéré, quelle serait la quantité de dioxygène consommée ?

Comment qualifie-t-on alors le mélange ?

Il faut se placer dans les proportions stœchiométriques :

=> nO2 = 5.nC3H8 = 28,5 mol

C3H8 (g) + 5 O2 (g) → 3 CO2 (g) + 4 H2O(g)

(mol) Avancement

Etat

initial 0 5,7 25 / /

Etat

intermédiaire x 5,7 - x 25 - 5.x + 3.x + 4.x

Etat

final

xmax

= 5,0

5,7 - xmax

= 0,70

25 - 5.xmax

= 0

+ 3.xmax

= 15

+ 4.xmax

= 20

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Exercice 2 : Formation de rouille

Dans sa description la plus simple, la rouille est un oxyde de fer de formule brute Fe2O3 (s). Elle résulte de

l’action du dioxygène O2(g) sur le fer solide Fe(s). On introduit un échantillon de masse m = 25,0 g de fer solide

dans un récipient contenant un volume V = 20,0 L de dioxygène à la température de 20 °C et à la pression

atmosphérique (1,0 bar).

1. Calculer les quantités de matière des réactifs

Fer : n = m / M = 25,0 / 55,8 = 0,448 mol Unité / CS / Arrondi

Dioxygène : p = 1,0 bar = 1,0.105 Pa V= 20,0 L = 20,0.10-3 m3 T = 20,0 ° = (273,15 + 20,0) K

n = p.V / R.T = (1,0.105 20,0.10-3) / (8,31 (20,0+273,15) ) = 0,82 mol Unité / CS / Arrondi

2. Compléter le tableau suivant :

3. Déterminer l’avancement maximal de la réaction et le réactif limitant.

Détermination de l’avancement maximal [xmax = min(x1 ; x2)] : 0,448 – 4.x1 = 0 x1 = 0,112 mol = xmax 0,82 – 3.x2 = 0 x2 = 0,27 mol Le fer constitue donc le réactif limitant.

4. Calculer les quantités de matière des espèces chimiques présentes à l’état final. Voir tableau

5. En déduire la masse finale mf(Fe2O3) de rouille obtenue. mf(Fe2O3) = n(Fe2O3).M(Fe2O3)

= 0,224 (255,8 + 316,0) = 35,8 g

Exercice 3 : Synthèse de l’ammoniac

La synthèse de l’ammoniac NH3 se fait par la réaction de deux gaz, le diazote N2 et le dihydrogène H2 sous

une pression de 300 bars et une température de 500 °C.

1. Ecrire l’équation chimique de la réaction.

2. On fait réagir 5 mol de diazote avec 9 mol de dihydrogène. Ecrire l’état initial et l’état intermédiaire du

tableau d’avancement.

3. Sur le graphique ci-dessous, tracer les droites représentant l’évolution des quantités de matière en fonction

de l’avancement x. (à l’état intermédiaire)

4. Rappeler la définition d’un réactif limitant. A l’aide du graphique tracé, déterminer le réactif limitant de

cette transformation.

5. En déduire la valeur de l’avancement maximal.

6. En utilisant le graphique, effectuer le bilan de matière de l’état final.

Équation de la réaction 4 Fe (s) + 3 O2 (g) 2 Fe2O3 (s)

État du système Avancement Quantités de matière (en mol)

État initial 0 0,448 0,82 /

En cours de

transformation x 0,448 - 4.x 0,82 - 3.x + 2.x

État final xmax

= 0,112

0,448 - 4.xmax

= 0

0,82 - 3.xmax

= 0,48

+ 2.xmax

= 0,224

avancement (mol)

quantité de matière (mol)