Transformations totale ou non totale

Il existe deux types de transformations : les transformations ­totales et les transformations non totales. Pour ces dernières, il y a coexistence des produits et des réactifs dans l’état final.

I Transformation totale

1 État final et réactif limitant

Une transformation totale s’arrête quand l’un, au moins, des réactifs a été entièrement consommé, c’est le réactif limitant.

L’avancement final, noté xf, d’une réaction est l’avancement mesuré expérimentalement lorsque plus aucune évolution du système chimique n’est observée.

Lorsqu’une transformation totale s’arrête, l’avancement final est maximal :

xf = xmax

Pour l’équation d’une transformation totale, on utilise une simple flèche : →.

2 Mélange initial stœchiométrique

Un mélange initial est stœchiométrique si les quantités initiales de matière des réactifs sont dans les proportions de leurs nombres stœchiométriques. Alors, dans l’état final, tous les réactifs sont simultanément entièrement consommés.

Repère
Conseils

Indicez toujours les quantités de matière : « i » pour initial, « f » pour final.

Pour aA + bB ↦ cC un mélange initial stœchiométrique correspond à une relation de proportionnalité entre les quantités de matière :

II Transformation non totale

La transformation est dite non totale ou limitée ou équilibrée lorsque :

xf < xmax

Dans l’état final de la transformation, les quantités de matière des réactifs et des produits n’évoluent plus. Il y a alors coexistence des produits et de tous les réactifs.

Pour l’équation d’une transformation non totale, on utilise une double flèche : afin de symboliser le fait que la transformation est possible dans les deux sens.

Méthodes

1 Étudier un mélange initial stœchiométrique

On considère l’équation de la transformation totale : $3{\text{Zn}}^{2+}{}_{\text{(aq})}+2{\text{PO}}_4^{3-}{}_{\left(\text{aq}\right)}\to {\text{Zn}}_3{\left({\text{PO}}_4\right)}_2{}_{\left(\text{S}\right)}$

Quelle est la quantité minimale d’ions phosphate ${\text{PO}}_4^{3–}{}_{\left(\text{aq}\right)}$ nécessaire pour consommer totalement une quantité d’ions zinc (II) égale à 3,0 × 10^–2 mol ?

Repère
Conseils

Rechercher la quantitéminimale d’un réactif nécessaire pour consommer totalement la quantité de matière de l’autre réactif correspond à un mélange initial stœchiométrique. Faites attention à la stœchiométrie de l’équation.

solution

Pour avoir un mélange initial stœchiométrique, on doit avoir :

$2n{\left({\text{Zn}}^{2+}\right)}_{\text{i}}=3n{\left({\text{PO}}_4^{3–}\right)}_{\text{i}}$, soit $n{\left({\text{PO}}_4^{3–}\right)}_{\text{i}}=\frac{2}{3}n{\left({\text{Zn}}^{2+}\right)}_{\text{i}}$.

Application numérique : $n{\left({\text{PO}}_4^{3–}\right)}_{\text{i}}=\frac{2}{3}\times \mathrm{3,0}\times {10}^{–2}=\mathrm{2,0}\times {10}^{–2}\text{ mol}$.

2 Déterminer le réactif limitant dans l’état final

On considère l’équation de la transformation totale :

$2 {\text{Al}}_{\text{(s)}}+3 {\text{Cl}}_2{}_{\left(\text{s}\right)}\to 2{\text{AlCl}}_3{}_{\left(\text{s}\right)}$

pour laquelle on envisage trois états initiaux différents :

– état initial n° 1 : n(Al)i = 2,0 mol et n(Cl2)i = 2,0 mol ;

– état initial n° 2 : n(Al)i = 2,0 mol et n(Cl2)i = 3,0 mol ;

– état initial n° 3 : n(Al)i = 2,0 mol et n(Cl2)i = 4,0 mol.

Sans tableau d’avancement, indiquer dans les trois cas envisagés, le ou les réactifs dont la quantité de matière est nulle dans l’état final.

conseils

Comparez les quantités de matière des réactifs dans l’état initial en tenant compte de la stœchiométrique de l’équation.

solution

Dans le cas d’un mélange initial stœchiométrique, on a :

3 × n(Al)i = 2 × n(Cl2)i

État initial n° 1 : 3 × n(Al)i > 2 × n(Cl2)i, donc Cl2(s) est le réactif limitant.

État initial n° 2 : 3 × n(Al)i = 2 × n(Cl2)i, donc c’est un mélange initial stœchiométrique. Les deux réactifs ont leur quantité de matière nulle dans l’état final.

État initial n° 3 : 3 × n(Al)i < 2 × n(Cl2)i, donc Al(s) est le réactif limitant.