Physique-chimie, Seconde • Fiche de révision à Montréal

Fiche de révision : équations de réaction et réactif limitant (Seconde)

Cette fiche ne refait pas le cours sur les transformations chimiques : vous l'avez déjà dans votre classeur. Elle traite ce que le cours ne dit jamais et qui décide pourtant de la note, l'erreur exacte qui coûte deux points sur une copie, la division qui désigne le réactif limitant, et la rédaction que le correcteur de Seconde attend mot pour mot.

Elle est écrite pour les élèves de Seconde du programme français. Une fois la fiche lue, la série d'exercices corrigés du même chapitre met chaque réflexe à l'épreuve.

Mis à jour le 3 novembre 2026

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Le fil du chapitre

Une équation de réaction dit dans quelles PROPORTIONS les espèces se transforment, et c'est ce qui désigne le réactif limitant : celui qui s'épuise le premier. Les points se perdent quand on retouche les indices d'une formule pour ajuster, quand on compare des quantités initiales sans les diviser par les coefficients, ou quand on oublie que le réactif en excès est toujours là à la fin.

Ce chapitre fait partie de Physique-chimie en Seconde

Pour s'entraîner Les exercices corrigés de ce chapitre, 15 exercices

Avant ce chapitre

Cette fiche suppose ces notions acquises. Si une méthode ci-dessous reste opaque, c'est presque toujours l'une d'elles qui manque, pas la fiche.

Molécules, mole et quantité de matière Exercices

Remonter plus loin : la chaîne complète (4 chapitres) ↓

Le chemin de remédiation, du plus ancien au plus proche. Un élève qui reprend ce chapitre de zéro le reprend dans cet ordre.

Notions couvertes

Transformation chimique
Équation de réaction
Coefficients stœchiométriques
Conservation des éléments
Espèce spectatrice
Conservation de la charge
Réactif limitant
Réactif en excès
Mélange stœchiométrique
Conservation de la masse

L'essentiel

Ce qui se conserve, et ce qui ne se conserve pas

• Se conservent : les ATOMES de chaque élément, la charge électrique totale, et donc la MASSE totale.
• Ne se conservent pas : les molécules, qui sont détruites et reconstruites, et le nombre total de moles, qui peut augmenter ou diminuer.
• Transformation PHYSIQUE : les entités (molécules, ions, atomes) sont les mêmes avant et après, seul l'état ou la disposition change. Transformation CHIMIQUE : les entités changent, les éléments restent. Transformation NUCLÉAIRE : les noyaux eux-mêmes changent.
• Conséquence directe : une équation de réaction s'ajuste sur les atomes, jamais sur les molécules.

Avant comme après, 4 atomes H et 2 atomes O : les atomes se conservent. Les molécules, elles, passent de 3 à 2, et le nombre de moles avec elles.

Quand un gaz s'échappe d'un bécher ouvert, la balance affiche moins : ce n'est pas la masse qui a disparu, c'est le système qu'on a mal choisi. En récipient fermé, la balance ne bouge pas.

Ajuster une équation : les coefficients, jamais les indices

• Les coefficients se placent DEVANT les formules. Les indices, à l'intérieur des formules, appartiennent aux molécules et sont intouchables.
• $\mathrm{H_{2}O}$ et $\mathrm{H_{2}O_{2}}$ ne sont pas la même substance : l'une est l'eau, l'autre l'eau oxygénée.
• Méthode : ajuster d'abord les éléments qui n'apparaissent qu'une fois de chaque côté, garder l'oxygène et l'hydrogène pour la fin.
• Contrôle final obligatoire : compter chaque élément à gauche et à droite, et écrire les deux nombres.
• Une espèce SPECTATRICE est présente dans le mélange mais ne réagit pas : on la retrouve intacte à la fin, et on ne l'écrit pas dans l'équation. Acide chlorhydrique sur hydroxyde de sodium : $\mathrm{H^{+}}+\mathrm{HO^{-}}\rightarrow\mathrm{H_{2}O}$ , les ions $\mathrm{Na^{+}}$ et $\mathrm{Cl^{-}}$ sont spectateurs.

Le contrôle tient dans ce tableau : à gauche, l'hydrogène et l'oxygène ne tombent pas en face ; à droite, les deux coefficients ajoutés égalisent chaque ligne sans qu'aucune formule ait bougé.

Le tableau d'avancement, ligne par ligne

• Trois lignes : état initial, état intermédiaire, état final. Une colonne par espèce, réactifs puis produits.
• État initial : les quantités de matière fournies par l'énoncé, en moles, et $0$ pour les produits.
• État intermédiaire : chaque réactif vaut $n_{initial}-(\text{coefficient})\times x$ , chaque produit vaut $(\text{coefficient})\times x$ . Le COEFFICIENT multiplie toujours $x$ .
• État final : on remplace $x$ par $x_{max}$ , et la colonne du réactif limitant doit tomber exactement à zéro.

Le coefficient de l'équation se retrouve devant

x

dans chaque colonne de la ligne en cours ; à l'état final, la colonne du réactif limitant, ici

\mathrm{H_2}

, tombe exactement à zéro.

Au-delà du programme de Seconde : le tableau d'avancement est au programme de Première spécialité ; en Seconde, le réactif limitant se trouve par les rapports du bloc suivant. L'avancement $x$ est en MOLES, pas en pourcentage et pas sans unité. Il compte, en moles, le nombre de fois que la réaction, telle qu'elle est écrite dans l'équation, a eu lieu : elle a eu lieu $x\times N_A$ fois.

Le réactif limitant se trouve par une division

• Pour chaque réactif, calculer $\dfrac{n_{initial}}{\text{coefficient}}$ . Le PLUS PETIT de ces rapports désigne le réactif limitant.
• En Première spécialité, ce plus petit rapport devient l'avancement maximal $x_{max}$ .
• Si tous les rapports sont égaux, le mélange est dit STŒCHIOMÉTRIQUE : tous les réactifs disparaissent ensemble.
• L'autre réactif, celui en EXCÈS, est toujours présent à la fin : sa quantité restante vaut $n_{initial}-(\text{coefficient})\times x_{max}$ .

Chaque

\mathrm{O_2}

prend deux

\mathrm{H_2}

: les six

\mathrm{H_2}

sont épuisés après trois réactions, un

\mathrm{O_2}

reste en excès. Le plus petit rapport,

\dfrac{3{,}0}{2}=1{,}5

, l'annonçait.

Comparer les quantités initiales sans les diviser ne marche que si les coefficients sont égaux. La division est le geste noté.

Les pièges qui coûtent des points

Les erreurs ci-dessous sont celles que je corrige le plus souvent en séance. Chacune coûte des points sur une copie, même quand le raisonnement est juste.

1. Retoucher les indices d'une formule pour ajuster

toute la question, et souvent tout l'exercice qui en dépend

Ce qu'il ne faut pas écrire

« $\mathrm{H_{2}}+\mathrm{O_{2}}\rightarrow\mathrm{H_{2}O_{2}}$ , comme cela les oxygènes tombent juste. »

Ce qu'il faut écrire

« $2\,\mathrm{H_{2}}+\mathrm{O_{2}}\rightarrow 2\,\mathrm{H_{2}O}$ : on ajuste avec des COEFFICIENTS devant les formules, jamais en changeant un indice. »

En rouge, l'indice retouché fabrique

\mathrm{H_2O_2}

, l'eau oxygénée. En vert, les coefficients gardent la molécule d'eau et égalisent les atomes : 4 H et 2 O de chaque côté.

Pourquoi : Changer un indice change la substance : $\mathrm{H_{2}O_{2}}$ est l'eau oxygénée, pas de l'eau. L'énoncé décrit une réaction précise, votre travail est de compter les molécules, pas de les réécrire.

2. Oublier le coefficient devant l'avancement

en Première spécialité, 2 points, et le tableau entier devient faux

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Pour $2\,\mathrm{H_{2}}+\mathrm{O_{2}}\rightarrow 2\,\mathrm{H_{2}O}$ , la ligne du dihydrogène s'écrit $n=3{,}0-x$ . »

Ce qu'il faut écrire

« $n(\mathrm{H_{2}})=3{,}0-2x$ : pour une mole d'avancement, DEUX moles de dihydrogène disparaissent. »

Avec le coefficient (vert),

\mathrm{H_2}

s'épuise en

x=1{,}5

, avant

\mathrm{O_2}

: il est limitant. Sans lui (rouge),

\mathrm{H_2}

tiendrait jusqu'à

x=3{,}0

\mathrm{O_2}

passerait à tort pour limitant.

Pourquoi : Le coefficient de l'équation est le taux de consommation de l'espèce. Sans lui, le réactif limitant change, l'avancement maximal change, et toutes les quantités finales sont fausses.

3. Désigner le réactif limitant sur la plus petite quantité initiale

toute la fin de l'exercice

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Il y a $3{,}0\ \mathrm{mol}$ de $\mathrm{H_{2}}$ et $2{,}0\ \mathrm{mol}$ de $\mathrm{O_{2}}$ : c'est donc le dioxygène qui est limitant. »

Ce qu'il faut écrire

« $\dfrac{3{,}0}{2}=1{,}5$ pour $\mathrm{H_{2}}$ et $\dfrac{2{,}0}{1}=2{,}0$ pour $\mathrm{O_{2}}$ : le plus petit rapport est celui du dihydrogène, c'est LUI le réactif limitant, et $x_{max}=1{,}5\ \mathrm{mol}$ . »

À gauche, les quantités initiales désignent le dioxygène comme le plus petit. À droite, après division par les coefficients, l'ordre S'INVERSE : c'est le dihydrogène, à

1{,}5

, qui limite la réaction.

Pourquoi : Le dihydrogène est consommé deux fois plus vite, ce que la quantité initiale seule ne dit pas. Diviser par le coefficient revient à demander combien de fois, en moles, chaque réactif permet à la réaction d'avoir lieu, et c'est le seul comptage qui a un sens.

4. Croire que le réactif en excès a disparu à la fin

1 à 2 points, et la question sur l'état final

Ce qu'il ne faut pas écrire

« À la fin de la réaction, il ne reste plus aucun réactif. »

Ce qu'il faut écrire

« Le réactif limitant est épuisé, mais l'autre est encore là : $n(\mathrm{O_{2}})_{final}=2{,}0-1\times 1{,}5=0{,}5\ \mathrm{mol}$ . »

La droite du dihydrogène atteint zéro en premier, en

x=1{,}5

: la réaction s'arrête là. Celle du dioxygène s'arrête à

0{,}5\ \mathrm{mol}

(point vert) : le réactif en excès est encore présent.

Pourquoi : La réaction s'arrête dès qu'un réactif manque, pas quand tous manquent. Une question du type « quelles espèces sont présentes à l'état final » attend systématiquement les produits ET le réactif en excès.

5. Conclure que la masse n'est pas conservée

1 point de cours, posé à presque tous les contrôles

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La balance affiche $2{,}0\ \mathrm{g}$ de moins après la réaction : de la matière a donc disparu. »

Ce qu'il faut écrire

« Le dioxyde de carbone formé s'est échappé du bécher ouvert. En récipient FERMÉ, la masse totale ne varie pas : les atomes sont conservés. »

Bécher ouvert, le dioxyde de carbone s'échappe et la balance baisse. Erlenmeyer bouché, le gaz reste dans le système et la masse ne varie pas : les atomes sont conservés.

Pourquoi : La conservation de la masse porte sur le SYSTÈME, pas sur le contenu du bécher. Dès qu'un gaz est produit, la question du récipient ouvert ou fermé décide de ce que la balance affiche.

6. Croire que le nombre total de moles se conserve

1 à 2 points

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Il y avait $3{,}0+2{,}0=5{,}0\ \mathrm{mol}$ au départ, il y a donc $5{,}0\ \mathrm{mol}$ à la fin. »

Ce qu'il faut écrire

« À la fin : $0$ de $\mathrm{H_{2}}$ , $0{,}5$ de $\mathrm{O_{2}}$ et $3{,}0$ de $\mathrm{H_{2}O}$ , soit $3{,}5\ \mathrm{mol}$ au total. Le nombre de moles n'est pas conservé, seuls les ATOMES le sont. »

Pourquoi : Trois molécules peuvent en donner deux, ou l'inverse : c'est exactement ce que disent les coefficients de l'équation. Le nombre d'atomes de chaque élément, et donc la masse totale, traversent la transformation sans changer, de même que la charge totale.

7. Prendre un changement d'état pour une transformation chimique

1 point, et la question sur la nature de la transformation

Ce qu'il ne faut pas écrire

« La glace qui fond devient de l'eau liquide : les propriétés changent, c'est donc une transformation chimique. »

Ce qu'il faut écrire

« Les molécules $\mathrm{H_{2}O}$ sont les mêmes avant et après, seul leur arrangement change : c'est une transformation PHYSIQUE. »

Pourquoi : Le critère n'est ni l'aspect, ni la température, ni la libération d'énergie : c'est la question « les entités sont-elles les mêmes ? ». Si oui, transformation physique. Si non mais les noyaux sont intacts, transformation chimique. Si les noyaux changent, transformation nucléaire.

8. Écrire un tableau d'avancement sans unités et sans avancement

en Première spécialité, 1 point de rigueur

Ce qu'il ne faut pas écrire

« Ligne intermédiaire : $3-2$ , $2-1$ , $2$ . »

Ce qu'il faut écrire

« Ligne intermédiaire : $3{,}0-2x$ , $2{,}0-x$ , $2x$ , toutes ces quantités étant en moles et $x$ étant l'avancement, lui aussi en moles. »

Pourquoi : Le tableau se remplit AVANT de connaître $x$ : c'est un tableau littéral. Les copies qui y mettent des nombres tout de suite ne peuvent plus déterminer le réactif limitant, puisque c'est précisément la comparaison des expressions qui le désigne.

Quelle méthode choisir

Comment désigner le réactif limitant

La question ne se tranche jamais à l'œil. On calcule un rapport par réactif, toujours le même, puis on compare.

Si les quantités sont données en moles → calculer $\dfrac{n}{\text{coefficient}}$ pour chaque réactif, le plus petit gagne

Exemple : $\dfrac{3{,}0}{2}=1{,}5$ contre $\dfrac{2{,}0}{1}=2{,}0$ : le premier réactif limite
Si les quantités sont données en grammes → convertir d'abord en moles par $n=\dfrac{m}{M}$ , puis appliquer la branche précédente

Comparer des masses directement n'a aucun sens : des masses égales ne contiennent pas le même nombre d'entités quand les entités n'ont pas la même masse. Au-delà du programme de Seconde : la masse molaire $M$ est au programme de Première spécialité ; en Seconde, on passe par la masse d'une entité, $N=\dfrac{m}{m_{\text{entité}}}$ puis $n=\dfrac{N}{N_A}$ .
Si les quantités sont données en volumes de gaz → convertir par $n=\dfrac{V}{V_m}$ , puis diviser par les coefficients

Comme $V_m$ est le même pour tous les gaz, à même température et même pression, les volumes se comparent entre eux, mais toujours après division par les coefficients. Au-delà du programme de Seconde : le volume molaire $V_m$ est au programme de Première spécialité.
Si tous les rapports sont égaux → le mélange est stœchiométrique : aucun réactif n'est limitant à lui seul, ils disparaissent tous ensemble

Exemple : $4{,}0\ \mathrm{mol}$ de $\mathrm{H_{2}}$ pour $2{,}0\ \mathrm{mol}$ de $\mathrm{O_{2}}$
Si l'un des réactifs est en très large excès, comme l'air ou l'eau du milieu → l'énoncé le signale par « en excès » et il n'entre pas dans la comparaison

Il faut quand même l'écrire dans le tableau, avec la mention « excès » à la place d'un nombre.

Une fois le limitant désigné, $x_{max}$ est exactement le rapport gagnant. Vérifiez toujours que la colonne du limitant tombe à zéro : c'est ce qui prouve que le bon réactif a été choisi.

Quelle sorte de transformation, selon ce qui change

Trois questions posées dans l'ordre, et la première qui répond « oui » donne la réponse.

Physique : les mêmes molécules d'eau, rangées puis en désordre. Chimique : de nouvelles molécules faites des mêmes atomes. Nucléaire : le noyau change, le carbone 14 devient de l'azote 14.

Si les entités (molécules, ions, atomes) sont les mêmes avant et après, seul l'état ou la disposition change → transformation PHYSIQUE

Exemple : fusion de la glace, dissolution du sel, vaporisation de l'eau
Si les entités changent mais les noyaux sont intacts → transformation CHIMIQUE, décrite par une équation de réaction ajustée sur les atomes

Exemple : combustion du méthane, réaction du vinaigre sur le bicarbonate
Si les noyaux eux-mêmes se transforment, avec changement d'élément → transformation NUCLÉAIRE, où ce sont $A$ et $Z$ qui se conservent

Exemple : désintégration du carbone $14$ en azote $14$

Le test se fait sur les entités, jamais sur l'apparence. Une dissolution qui fait disparaître un solide reste une transformation physique, alors qu'une réaction sans changement de couleur reste une transformation chimique.

La rédaction attendue

Le correcteur coche des étapes. Les voici dans l'ordre, avec la phrase de conclusion qu'il attend mot pour mot.

Le tableau d'avancement complet, pour préparer la Première spécialité

Quand l'utiliser : L'énoncé donne des quantités de deux réactifs et demande l'état final, une masse de produit ou un volume de gaz formé. Au-delà du programme de Seconde : le tableau d'avancement, comme les conversions par $M$ , $V_m$ et $c$ de l'étape 2, est au programme de Première spécialité ; en Seconde, on écrit l'équation, on convertit une masse par la masse d'une entité, $N=\dfrac{m}{m_{\text{entité}}}$ puis $n=\dfrac{N}{N_A}$ , et on compare les rapports, sans tableau.

1 Écrire l'équation AJUSTÉE, et vérifier le compte des atomes en une ligne avant de continuer.
2 Convertir toutes les données en quantités de matière, en écrivant chaque conversion : $n=\dfrac{m}{M}$ , $n=\dfrac{V}{V_m}$ ou $n=c\,V$ .
3 Construire le tableau à trois lignes, avec l'état intermédiaire écrit LITTÉRALEMENT en fonction de $x$ , coefficients compris.
4 Déterminer le réactif limitant par les rapports $\dfrac{n}{\text{coefficient}}$ , et annoncer $x_{max}$ avec son unité.
5 Remplir l'état final en remplaçant $x$ par $x_{max}$ , vérifier que la colonne du limitant vaut zéro, puis répondre à la question posée.

Phrase de conclusion

Le rapport $\dfrac{n(\mathrm{O_{2}})}{2}=0{,}60$ étant plus petit que $\dfrac{n(\mathrm{CH_{4}})}{1}=0{,}80$ , le dioxygène est le réactif limitant et l'avancement maximal vaut $x_{max}=0{,}60\ \mathrm{mol}$ . À l'état final, il reste $0{,}20\ \mathrm{mol}$ de méthane, et il s'est formé $0{,}60\ \mathrm{mol}$ de dioxyde de carbone et $1{,}2\ \mathrm{mol}$ d'eau.

Le piège : Passer directement aux nombres dans la ligne intermédiaire. Le tableau se remplit en fonction de $x$ : c'est la comparaison des expressions littérales qui désigne le limitant, et une ligne déjà chiffrée ne le permet plus.

Barème : En Seconde, sans tableau : 1 point pour l'équation ajustée, 1 point pour les conversions, 1 point pour le limitant justifié par la division, 1 point pour l'état final complet. En Première spécialité, le tableau littéral s'y ajoute, souvent 2 points.

Justifier la nature d'une transformation

Quand l'utiliser : L'énoncé décrit une expérience et demande de quel type de transformation il s'agit, avec justification.

1 Nommer les entités présentes AVANT, molécules, ions ou noyaux, avec leur formule.
2 Nommer les entités présentes APRÈS, de la même façon.
3 Comparer les deux listes et dire ce qui a changé : l'état seulement, les entités, ou les noyaux.
4 Conclure en nommant le type de transformation et en citant le critère utilisé.

Phrase de conclusion

Avant, le système contient des molécules $\mathrm{CH_{4}}$ et $\mathrm{O_{2}}$ ; après, des molécules $\mathrm{CO_{2}}$ et $\mathrm{H_{2}O}$ . Les molécules ont changé mais les noyaux sont intacts : il s'agit d'une transformation chimique.

Le piège : Justifier par un indice observable, dégagement gazeux, changement de couleur ou de température. Ces indices SIGNALENT une transformation, ils ne disent pas laquelle : la justification attendue porte sur les entités.

Barème : 1 point pour les entités avant, 1 point pour les entités après, 1 point pour la conclusion appuyée sur le critère.

Vérifier avant de rendre

Cinq minutes de vérification récupèrent plus de points qu'un exercice de plus commencé à la hâte.

Recompter les atomes de chaque élément

Sur l'équation ajustée, comptez élément par élément à gauche puis à droite, coefficient multiplié par indice. Écrivez les deux nombres : c'est le seul contrôle de l'ajustement.

$\mathrm{CH_{4}}+2\,\mathrm{O_{2}}\rightarrow\mathrm{CO_{2}}+2\,\mathrm{H_{2}O}$ : oxygène, $2\times 2=4$ à gauche, $2+2\times 1=4$ à droite.
Vérifier que la colonne du limitant tombe à zéro

Dans l'état final, remplacez $x$ par $x_{max}$ dans la ligne du réactif que vous avez déclaré limitant : le résultat doit valoir exactement $0$ . Un reste positif signale que ce n'est pas le bon.

$1{,}2-2\times 0{,}60=0$ confirme que le dioxygène est bien le limitant.
Contrôler la conservation de la masse

Additionnez les masses de toutes les espèces à l'état initial, puis à l'état final, réactif en excès compris. Les deux sommes doivent coïncider au chiffre près.

$12{,}8+38{,}4=51{,}2\ \mathrm{g}$ avant, et $3{,}2+26{,}4+21{,}6=51{,}2\ \mathrm{g}$ après : le tableau est cohérent.
Regarder l'ordre de grandeur de l'avancement

$x_{max}$ est une quantité de matière en moles, jamais plus grande que le plus petit rapport calculé, et jamais négative. Un $x$ supérieur à toutes les quantités initiales est impossible.

Avec $0{,}80$ et $1{,}2\ \mathrm{mol}$ de réactifs, un $x_{max}$ annoncé à $2{,}0\ \mathrm{mol}$ ne peut pas exister.
Relire la question posée sur l'état final

« Quelles espèces sont présentes à la fin » attend les produits ET le réactif en excès. « Quelle masse de produit » attend une conversion depuis les moles. Les deux questions ne se répondent pas de la même façon.

Répondre « du dioxyde de carbone et de l'eau » en oubliant le méthane restant coûte le point, même si le tableau était juste.

L'exercice type décortiqué

La combustion du méthane, de la Seconde à la Première

On fait brûler $n(\mathrm{CH_{4}})=0{,}80\ \mathrm{mol}$ de méthane en présence de $n(\mathrm{O_{2}})=1{,}2\ \mathrm{mol}$ de dioxygène, dans un récipient fermé.

Données : $M(\mathrm{C})=12{,}0$ , $M(\mathrm{H})=1{,}0$ , $M(\mathrm{O})=16{,}0\ \mathrm{g/mol}$ , $V_m=24{,}0\ \mathrm{L/mol}$ .

1. Écrire l'équation ajustée de la combustion complète du méthane.

2. Déterminer le réactif limitant. Pour préparer la Première spécialité, dresser aussi le tableau d'avancement.

3. Donner la composition du système à l'état final, puis la masse de dioxyde de carbone formé.

4. Vérifier la conservation de la masse.

Étape 1

$\mathrm{CH_{4}}+2\,\mathrm{O_{2}}\rightarrow\mathrm{CO_{2}}+2\,\mathrm{H_{2}O}$ . Contrôle : carbone $1$ et $1$ , hydrogène $4$ et $4$ , oxygène $4$ et $4$ .

Pourquoi

Le contrôle des atomes est écrit sur la copie, pas fait de tête. C'est un demi-point systématique, et surtout la garantie que le reste de l'exercice repose sur la bonne équation.

Étape 2

État intermédiaire : $n(\mathrm{CH_{4}})=0{,}80-x$ , $n(\mathrm{O_{2}})=1{,}2-2x$ , $n(\mathrm{CO_{2}})=x$ , $n(\mathrm{H_{2}O})=2x$ , toutes ces quantités en moles.

Pourquoi

Au-delà du programme de Seconde : ce tableau littéral est au programme de Première spécialité ; en Seconde, on passe directement aux rapports de l'étape suivante. Chaque coefficient de l'équation se retrouve devant $x$ . C'est la seule information que le tableau ajoute à l'équation, et c'est celle qui décide de tout ce qui suit.

Étape 3

Rapports : $\dfrac{0{,}80}{1}=0{,}80$ pour le méthane et $\dfrac{1{,}2}{2}=0{,}60$ pour le dioxygène. Le plus petit est $0{,}60$ : le dioxygène est le réactif limitant et $x_{max}=0{,}60\ \mathrm{mol}$ .

Pourquoi

Sans la division, on aurait désigné le méthane, parce qu'il est présent en plus petite quantité : c'est exactement l'inversion que le coefficient $2$ provoque.

Étape 4

État final : $n(\mathrm{CH_{4}})=0{,}80-0{,}60=0{,}20\ \mathrm{mol}$ , $n(\mathrm{O_{2}})=1{,}2-2\times 0{,}60=0$ , $n(\mathrm{CO_{2}})=0{,}60\ \mathrm{mol}$ , $n(\mathrm{H_{2}O})=1{,}2\ \mathrm{mol}$ .

Pourquoi

La colonne du dioxygène tombe exactement à zéro, ce qui confirme le choix du limitant. Le méthane restant fait partie de la réponse : l'oublier coûte le point de l'état final.

Étape 5

Masse de dioxyde de carbone : $M(\mathrm{CO_{2}})=12{,}0+2\times 16{,}0=44{,}0\ \mathrm{g/mol}$ , donc $m=0{,}60\times 44{,}0=26{,}4\ \mathrm{g}$ .

Pourquoi

Au-delà du programme de Seconde : la masse molaire est au programme de Première spécialité ; en Seconde, on passerait par la masse d'une molécule de dioxyde de carbone et par la constante d'Avogadro. Le tableau donne des moles, la question demande des grammes : la masse molaire est le passage obligé, et elle se recalcule à partir de la formule, pas de mémoire.

Étape 6

Vérification : avant, $0{,}80\times 16{,}0+1{,}2\times 32{,}0=12{,}8+38{,}4=51{,}2\ \mathrm{g}$ . Après, $0{,}20\times 16{,}0+0{,}60\times 44{,}0+1{,}2\times 18{,}0=3{,}2+26{,}4+21{,}6=51{,}2\ \mathrm{g}$ .

Pourquoi

Les deux totaux coïncident, donc aucune espèce n'a été oubliée et aucun coefficient n'a été mal reporté. C'est le contrôle le plus complet du chapitre, et il tient en deux additions.

Conclusion rédigée

Le dioxygène est le réactif limitant et l'avancement maximal vaut $x_{max}=0{,}60\ \mathrm{mol}$ . À l'état final le système contient $0{,}20\ \mathrm{mol}$ de méthane, $0{,}60\ \mathrm{mol}$ de dioxyde de carbone soit $26{,}4\ \mathrm{g}$ , et $1{,}2\ \mathrm{mol}$ d'eau, pour une masse totale inchangée de $51{,}2\ \mathrm{g}$ .

L'erreur classique sur cet exercice : Déclarer le méthane limitant parce qu'il y en a $0{,}80\ \mathrm{mol}$ contre $1{,}2$ . Le coefficient $2$ du dioxygène le fait disparaître deux fois plus vite, et c'est la division qui le révèle.

À savoir par cœur

• Une équation s'ajuste avec les COEFFICIENTS devant les formules ; les indices à l'intérieur des formules ne se touchent jamais.
• Se conservent : les atomes de chaque élément, la charge, la masse totale. Ne se conservent pas : les molécules, le nombre total de moles.
• Tableau d'avancement (Première spécialité), ligne intermédiaire : réactif $=n_{initial}-(\text{coefficient})\times x$ , produit $=(\text{coefficient})\times x$ .
• Réactif limitant : celui dont le rapport $\dfrac{n_{initial}}{\text{coefficient}}$ est le PLUS PETIT. En Première, ce rapport devient $x_{max}$ .
• Le réactif en excès est toujours présent à l'état final, en quantité $n_{initial}-(\text{coefficient})\times x_{max}$ .
• Mélange stœchiométrique : tous les rapports sont égaux, tous les réactifs disparaissent ensemble.
• Physique si les entités sont les mêmes, chimique si elles changent et pas les noyaux, nucléaire si les noyaux changent.

Questions fréquentes

Comment trouver le réactif limitant en Seconde ?

On divise la quantité de matière initiale de chaque réactif par son coefficient dans l'équation ajustée, puis on compare les rapports obtenus. Le plus petit désigne le réactif limitant ; en Première spécialité, sa valeur devient l'avancement maximal. Comparer les quantités initiales sans diviser donne souvent la mauvaise réponse.

Le tableau d'avancement est-il au programme de Seconde ?

Non, il est au programme de Première spécialité. En Seconde, on identifie le réactif limitant à partir des quantités de matière des réactifs et de l'équation, en divisant chaque quantité par son coefficient. Pour s'y préparer : la première ligne du tableau donne les quantités initiales, avec zéro pour les produits ; la deuxième s'écrit en fonction de l'avancement, chaque réactif perdant son coefficient multiplié par l'avancement et chaque produit gagnant le sien ; la troisième remplace l'avancement par sa valeur maximale.

Pourquoi ne peut-on pas changer les indices pour ajuster une équation ?

Parce qu'un indice décrit la molécule elle-même. Changer le deux de l'eau en écrivant de l'eau oxygénée revient à remplacer une substance par une autre, ce qui ne décrit plus la réaction de l'énoncé. On n'ajuste qu'avec les coefficients placés devant les formules.

Que reste-t-il à la fin d'une réaction chimique ?

Les produits formés, et aussi le réactif en excès, qui n'a pas été entièrement consommé. Seul le réactif limitant disparaît complètement. Une question sur les espèces présentes à l'état final attend donc toujours tous les produits ET le réactif en excès, sauf dans un mélange stœchiométrique, où il ne reste que les produits.

La masse se conserve-t-elle vraiment pendant une réaction chimique ?

Oui, toujours, à condition de compter tout le système. Les atomes ne sont ni créés ni détruits, ils se réorganisent. Si la balance affiche moins après la réaction, c'est qu'un gaz s'est échappé du récipient ouvert. En récipient fermé, la masse mesurée ne change pas.

Passer à la pratique

Exercices corrigés : Équations de réaction et réactif limitant

Une méthode se prouve sur une copie, pas sur une fiche. La série du même chapitre reprend chacun de ces pièges dans un exercice, avec le corrigé rédigé étape par étape.

15 exercices corrigés
150 points
225 minutes

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Synthèse d'une espèce chimique présente dans la nature Avancement et dosages Première

© Ahmed Squalli Houssaini. Fiche publiée sur www.letuteurscientifique.ca/fiches/2ndespc-avancement-reactions. Libre pour l'usage personnel et en classe ; sa republication ailleurs demande une autorisation écrite (mentions légales).

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