Stœchiométrie et réactif limitant
n = m / M (masse → quantité de matière)
Donnez l'équation (l'outil l'équilibre) et les quantités dont vous disposez, en grammes ou en moles : il identifie le réactif limitant par le plus petit rapport « moles ÷ coefficient », calcule l'avancement maximal. Les masses de chaque produit formé et ce qui reste de chaque réactif en excès. Un réactif dont la quantité n'est pas renseignée est traité comme étant en excès (l'énoncé classique « avec un excès de… ») et l'outil le dit au lieu de le supposer en silence.
O2
- Équation équilibrée
- 2 H2 + O2 → 2 H2O
- Avancement maximal ξ
- 2,0001 mol
2 H2O : 72,065 g (4,0003 mol)
- M(H2O)
- 18,015 g/mol
H2, en excès : il reste 1,9355 g (0,96007 mol). O2, limitant : entièrement consommé (2,0001 mol engagées).
- M(H2)
- 2,016 g/mol
- M(O2)
- 31,998 g/mol
O2 est le réactif limitant : c’est lui qui a le plus petit rapport « moles disponibles ÷ coefficient », et ce rapport est l’avancement maximal (2,0001 mol). Tout le reste en découle.
Quantités théoriques : la réaction est supposée totale, sans réaction parallèle ni perte à la manipulation. Le rendement réel est toujours inférieur.
Certaines masses molaires reposent sur un poids atomique conventionnel : pour quatorze éléments (dont H, C, N, O, S et Cl), l’IUPAC publie un intervalle, la composition isotopique variant selon l’origine de l’échantillon.
Dossier scientifique
Ce que l'outil calcule, ce qu'il suppose, où il cesse d'être valable et d'où viennent ses données.
Méthode & formulesn = m / M (masse → quantité de matière)
n = m / M (masse → quantité de matière)
ξ = min sur les réactifs de (n / ν), l’avancement maximal
produit formé : n = ν × ξ
réactif restant : n − ν × ξ
Le réactif limitant n'est pas celui dont on a le moins : c'est celui dont le rapport « moles disponibles ÷ coefficient stœchiométrique » est le plus petit. Ce rapport minimal est l'avancement maximal ξ de la réaction, exprimé en moles. Et une fois ξ connu, tout se déduit : chaque produit se forme à hauteur de ν × ξ, chaque réactif est consommé à hauteur de ν × ξ, et le reste est la différence. L'équilibrage est fait par le même moteur exact que l'outil d'équilibrage : coefficients entiers minimaux, obtenus par algèbre linéaire sur fractions exactes.
- Réactif limitant
- · celui qui s'épuise le premier et arrête la réaction. Il ne reste rien de lui à la fin : c'est le repère qui permet de vérifier un résultat.
- Avancement (ξ)
- · le nombre de « fois » où la réaction, telle qu'écrite avec ses coefficients, s'est produite. En moles : ξ = 2 signifie que l'équation s'est réalisée deux fois.
- Quantité théorique
- · ce que donnerait une réaction totale, sans réaction parallèle ni perte. Le rendement réel s'obtient en divisant la masse réellement obtenue par cette masse théorique.
Domaine de validitéToutes les quantités de produits sont théoriques : réaction supposée totale, aucun équilibre chimique.
Toutes les quantités de produits sont théoriques : réaction supposée totale, aucun équilibre chimique. Aucune réaction parallèle, aucune perte. Une réaction équilibrée thermodynamiquement (estérification, dissociation) n'atteint jamais ces valeurs. L'outil traite des espèces neutres et jusqu'à quatre réactifs ; les demi-équations rédox et les équations ioniques, qui exigent aussi la conservation de la charge, relèvent d'un autre traitement. Les masses molaires reposent sur les poids atomiques standard abrégés de l'IUPAC : moyennes isotopiques terrestres, dont quatorze éléments à valeur conventionnelle, signalé quand c'est le cas.
Piège classique : le limitant n’est pas le moins abondantAvec 10 g de H₂ et 64 g de O₂ dans 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, l'hydrogène est bien plus léger, et c'est pourtant l'oxygène qui limite : 5 mol de H₂ pour un coefficient 2 donnent un rapport de 2,5, contre 2,0 pour l'oxygène.
Avec 10 g de H₂ et 64 g de O₂ dans 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, l'hydrogène est bien plus léger, et c'est pourtant l'oxygène qui limite : 5 mol de H₂ pour un coefficient 2 donnent un rapport de 2,5, contre 2,0 pour l'oxygène. Comparer les masses, ou même les moles seules, induit en erreur : seul le rapport aux coefficients décide. Les coefficients ne sont pas non plus des masses : 2 H₂ + O₂ ne signifie pas « deux grammes d'hydrogène ».