Au programme de ce chapitre
- I. Deux sortes de réactions
- II. Un équilibre dynamique
- III. Reconnaitre une réaction limitée
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Une réaction est complète (ou totale) si elle s'arrête quand le réactif limitant est entièrement consommé. On l'écrit avec une flèche simple →.
Exemple : la combustion du méthane, ou Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 en récipient ouvert.
Une réaction est limitée (ou incomplète) si elle s'arrête alors qu'il reste de tous les réactifs : à la fin, réactifs et produits coexistent en quantités constantes. Le système est dans un état d'équilibre chimique. On l'écrit avec une double flèche ⇌.
Exemple : la combustion du méthane, ou Zn + 2 HCl → ZnCl2 + H2 en récipient ouvert.
Une réaction est limitée (ou incomplète) si elle s'arrête alors qu'il reste de tous les réactifs : à la fin, réactifs et produits coexistent en quantités constantes. Le système est dans un état d'équilibre chimique. On l'écrit avec une double flèche ⇌.
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Un exemple corrigé
Exemple L'estérification : l'acide acétique (du vinaigre) réagit avec l'éthanol pour former l'acétate d'éthyle (un ester à l'odeur fruitée, utilisé dans les dissolvants pour vernis à ongles) et de l'eau :
CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O.
Avec 1,00 mol d'acide et 1,00 mol d'éthanol, on n'obtient jamais 1,00 mol d'ester, mais au maximum environ 0,67 mol : il reste 0,33 mol d'acide et 0,33 mol d'éthanol, quelle que soit la durée d'attente.
CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O.
Avec 1,00 mol d'acide et 1,00 mol d'éthanol, on n'obtient jamais 1,00 mol d'ester, mais au maximum environ 0,67 mol : il reste 0,33 mol d'acide et 0,33 mol d'éthanol, quelle que soit la durée d'attente.
Lexique
- réaction complète
- réaction qui s'arrête quand le réactif limitant est épuisé
- réaction limitée
- réaction qui s'arrête alors qu'il reste de tous les réactifs
- équilibre dynamique
- état où deux réactions inverses se produisent à la même vitesse
- taux de conversion
- quantité obtenue divisée par la quantité maximale possible
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — confondre « constantes » et « égales ». À l'équilibre, les concentrations ne varient plus, mais elles ne sont pas égales entre elles : dans l'estérification, il y a 0,67 mol d'ester pour 0,33 mol d'acide. Ce sont les vitesses des deux réactions qui sont égales.
Piège — croire que tout s'est arrêté. Un système à l'équilibre a l'air immobile, mais les deux réactions continuent à la même vitesse. L'équilibre est dynamique, pas figé.
Attention À l'équilibre, les concentrations sont constantes, mais elles ne sont pas égales entre elles, et les réactions ne sont pas arrêtées. Ce sont les vitesses des deux réactions opposées qui sont égales.
L'astuce du prof
Astuce. Pour savoir si une réaction est complète, calcule le produit maximal avec le réactif limitant et compare à la mesure. Si tu en trouves nettement moins alors qu'il reste tous les réactifs, la réaction est limitée.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Flèche simple ou double flèche ?
Dis, pour chaque situation, si la réaction est complète (→) ou limitée (⇌) : a) la combustion du méthane dans l'air ; b) l'estérification de l'acide éthanoïque par l'éthanol ; c) la décomposition du calcaire dans un four à chaux ouvert ; d) la transformation de N2O4 en NO2 dans une ampoule scellée.
Voir la correction
Je regarde si un réactif disparait entièrement. La combustion du méthane est complète : le méthane est épuisé. L'estérification est limitée, il reste de l'acide et de l'alcool : ⇌. Dans le four ouvert, le CO2 s'échappe et tout le calcaire finit par se décomposer : réaction complète. Dans l'ampoule scellée, rien ne s'échappe et les deux espèces coexistent : réaction limitée, ⇌.
Exercice 2 — Du trioxyde de soufre
Dans un réacteur, on introduit 4,0 mol de SO2 et 2,0 mol de O2 : 2 SO2 + O2 ⇌ 2 SO3. À l'équilibre, on trouve 3,2 mol de SO3. Calcule le taux de conversion et les quantités de SO2 et O2 restantes.
Voir la correction
Si la réaction était complète, 4,0 mol de SO2 donneraient 4,0 mol de SO3 (les deux réactifs sont dans les proportions exactes). Le taux de conversion est 3,2 / 4,0 × 100 = 80 %. Pour former 3,2 mol de SO3, il a fallu 3,2 mol de SO2 et 1,6 mol de O2. Il reste donc 4,0 − 3,2 = 0,8 mol de SO2 et 2,0 − 1,6 = 0,4 mol de O2.