Lycée · 1ʳᵉ · Spécialité Physique-Chimie
Transformations chimiques et équations de réaction
Réactifs, produits, avancement et bilan de matière — Constitution et transformations de la matière (1re Spé PC)
À propos de cette page
Calculatrice interdite · Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.
Devoir surveillé de fin de chapitre, tout en niveau difficile. Travaille seul et sans aide, puis vérifie tes réponses avec le corrigé détaillé dépliable en bas de page.
Exercice 1 — Équilibrer des équations de réaction
/ 4 pts- Équilibrer l'équation suivante en déterminant les coefficients $a$, $b$, $c$, $d$ : $a\,\text{C}_3\text{H}_8 + b\,\text{O}_2 \rightarrow c\,\text{CO}_2 + d\,\text{H}_2\text{O}$.
- Vérifier la conservation du carbone, de l'hydrogène et de l'oxygène dans l'équation équilibrée.
- Écrire l'équation de la combustion complète de l'éthanol $\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}$ dans le dioxygène (produits : $\text{CO}_2$ et $\text{H}_2\text{O}$), en équilibrant cette équation.
Exercice 2 — Tableau d'avancement
/ 5 pts- On fait réagir $n_0(\text{Fe}) = 0{,}6\,\text{mol}$ de fer avec $n_0(\text{O}_2) = 0{,}5\,\text{mol}$ de dioxygène selon : $4\,\text{Fe} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{Fe}_2\text{O}_3$. Dresser le tableau d'avancement (état initial, état en cours de réaction, état final).
- Déterminer le réactif limitant en justifiant par le calcul.
- Calculer la quantité de $\text{Fe}_2\text{O}_3$ produite à l'état final.
Exercice 3 — Réactif limitant — zinc et acide sulfurique
/ 5 pts- On fait réagir du zinc $\text{Zn}$ avec de l'acide sulfurique $\text{H}_2\text{SO}_4$ selon : $\text{Zn} + \text{H}_2\text{SO}_4 \rightarrow \text{ZnSO}_4 + \text{H}_2$. On introduit $n_0(\text{Zn}) = 0{,}30\,\text{mol}$ et $n_0(\text{H}_2\text{SO}_4) = 0{,}20\,\text{mol}$.
- Identifier le réactif limitant en justifiant.
- Calculer la quantité de $\text{H}_2$ produite.
- Calculer la quantité de $\text{Zn}$ restant à la fin.
Exercice 4 — Taux d'avancement et transformation limitée
/ 3 pts- On étudie la réaction d'estérification : acide acétique + éthanol ⇌ ester + eau. On introduit 1 mol d'acide et 1 mol d'éthanol. On mesure à l'équilibre $n(\text{ester}) = 0{,}67\,\text{mol}$.
- Écrire l'avancement maximal $x_{\max}$ si la transformation était totale.
- Calculer le taux d'avancement $\tau$ (en %).
- Conclure sur le caractère total ou limité de cette transformation.
Exercice 5 — Problème de synthèse — combustion de l'octane
/ 3 pts- L'octane $\text{C}_8\text{H}_{18}$ est un composant de l'essence. Sa combustion complète suit : $2\,\text{C}_8\text{H}_{18} + 25\,\text{O}_2 \rightarrow 16\,\text{CO}_2 + 18\,\text{H}_2\text{O}$.
- On brûle $0{,}4\,\text{mol}$ d'octane avec $4{,}0\,\text{mol}$ de dioxygène. Identifier le réactif limitant.
- Calculer la quantité de $\text{CO}_2$ produite et sa masse ($M(\text{CO}_2) = 44\,\text{g/mol}$).
Corrigé détaillé — à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie
Exercice 1 — Équilibrer des équations de réaction
Corrigé :
Q1. C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O : $a=1$, $b=5$, $c=3$, $d=4$.
Q2. C : 3 = 3 ✓ ; H : 8 = 4×2=8 ✓ ; O : 5×2=10 = 3×2+4×1=10 ✓.
Q3. C₂H₅OH + 3 O₂ → 2 CO₂ + 3 H₂O (vérification : C : 2=2 ✓, H : 6=6 ✓, O : 1+6=7=4+3=7 ✓).
Exercice 2 — Tableau d'avancement
Corrigé :
Q1. Tableau (état initial / en cours / final) :
Fe : 0,6 / 0,6−4x / 0,6−4x_max
O₂ : 0,5 / 0,5−3x / 0,5−3x_max
Fe₂O₃ : 0 / 2x / 2x_max
Q2. n₀(Fe)/4 = 0,6/4 = 0,15 ; n₀(O₂)/3 = 0,5/3 ≈ 0,167. Le minimum est 0,15 → Fe est le réactif limitant ; x_max = 0,15 mol.
Q3. n(Fe₂O₃) = 2 × x_max = 2 × 0,15 = 0,30 mol.
Exercice 3 — Réactif limitant — zinc et acide sulfurique
Corrigé :
Q1. Réactif limitant : n₀(Zn)/1 = 0,30 ; n₀(H₂SO₄)/1 = 0,20. Minimum = 0,20 → H₂SO₄ est le réactif limitant ; x_max = 0,20 mol.
Q2. n(H₂) = 1 × x_max = 0,20 mol.
Q3. n(Zn) final = 0,30 − 0,20 = 0,10 mol.
Exercice 4 — Taux d'avancement et transformation limitée
Corrigé :
Q1. x_max = 1 mol (si la réaction était totale, tout l'acide et tout l'éthanol seraient consommés).
Q2. n(ester) = x_f = 0,67 mol. τ = (0,67/1,00) × 100 = 67 %.
Q3. τ < 100 % → la transformation est limitée (non totale) : un équilibre chimique s'établit.
Exercice 5 — Problème de synthèse — combustion de l'octane
Corrigé :
Q1. n₀(C₈H₁₈)/2 = 0,4/2 = 0,20 ; n₀(O₂)/25 = 4,0/25 = 0,16. Minimum = 0,16 → O₂ est le réactif limitant ; x_max = 0,16 mol.
Q2. n(CO₂) = 16 × x_max = 16 × 0,16 = 2,56 mol. m(CO₂) = 2,56 × 44 = 112,6 g.
Ce contrôle de spécialité physique-chimie 1ʳᵉ en bref
Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Transformations chimiques et équations de réaction » : 5 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le corrigé détaillé est dépliable sous le sujet.
- Exercice 1 — Équilibrer des équations de réaction/ 4 pts
- Exercice 2 — Tableau d'avancement/ 5 pts
- Exercice 3 — Réactif limitant — zinc et acide sulfurique/ 5 pts
- Exercice 4 — Taux d'avancement et transformation limitée/ 3 pts
- Exercice 5 — Problème de synthèse — combustion de l'octane/ 3 pts
Notions évaluées
Transformation chimique : définition et caractéristiques, Réactifs et produits — conservation des éléments, Équation de réaction : écriture et équilibrage, La notion d'avancement $x$, Tableau d'avancement et bilan de matière, Réactif limitant et état final.
Pour préparer ce contrôle
- Relire le cours.
- Refaire les exercices corrigés et les problèmes.
- Se tester avec le QCM (36 questions).
- Faire ce sujet en conditions réelles — 60 min, sans le cours — puis se corriger et noter les points à revoir.
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Questions fréquentes sur ce sujet
- Combien de temps dure ce contrôle sur « Transformations chimiques et équations de réaction » ?
- 60 minutes pour 5 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
- Le corrigé est-il fourni ?
- Oui : le corrigé détaillé se déplie sous le sujet, à n'ouvrir qu'après avoir rendu la copie.
- Ce sujet peut-il servir de DS, de contrôle ou d'interrogation ?
- Oui : c'est un devoir surveillé complet de 60 minutes. Pour une interrogation courte, garde un ou deux exercices ; pour un DS ou un contrôle de fin de chapitre, fais le sujet entier en temps limité.
- Ce sujet suit-il le programme de spécialité physique-chimie de première ?
- Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Transformations chimiques et équations de réaction » du programme officiel de spécialité physique-chimie en première, soit Transformation chimique : définition et caractéristiques, Réactifs et produits — conservation des éléments, Équation de réaction : écriture et équilibrage, La notion d'avancement $x$.
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