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Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

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Transformations chimiques : équation et réactif limitant

Le système chimique, réactifs, produits et espèces spectatrices ; l’écriture et l’ajustement d’une équation de réaction, la conservation des éléments, de la charge et de la masse ; la stœchiométrie et le réactif limitant, par le calcul et à partir de l’état final ; les transformations exothermiques et endothermiques et l’influence de la masse du réactif limitant.

À propos de cette page
Un devoir surveillé d’une heure sur 20 points, calculatrice autorisée, avec son corrigé : une lame de zinc dans une solution d’ions argent, quatre équations à ajuster et la conservation de la masse, du charbon de bois brûlé dans un flacon de dioxygène, un acide et une base suivis au thermomètre.
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Devoir surveillé · ★★ et ★★★ · Durée 60 min · Noté sur 20
60:00
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Devoir surveillé – Transformations chimiques : équation et réactif limitant

Durée : 60 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

Nom : Date : Note : / 20

Tous les calculs doivent figurer sur la copie. Les résultats seront donnés sous la forme la plus simple possible.

Exercice 1 – Une lame de zinc dans une solution d’ions argent ★★

(5 pts)

On plonge une lame de zinc Zn(s) dans une solution de nitrate d’argent (ions Ag⁺ et NO₃⁻). À l’état final, la lame, en partie rongée, est couverte d’un dépôt d’argent Ag(s) ; la solution contient des ions Zn²⁺ et des ions NO₃⁻ en même quantité qu’au départ ; l’ajout d’ions chlorure à un échantillon de la solution ne donne aucun précipité blanc. Débarrassée de son dépôt d’argent, la lame a perdu 0,196 g.
Données : masse d’un atome de zinc : 1,086 × 10⁻²² g ; NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹.

  1. a)Nommer les réactifs et les produits de la transformation.
  2. b)Identifier l’espèce spectatrice. Justifier.
  3. c)Écrire l’équation ajustée de la réaction et vérifier la conservation de la charge.
  4. d)Déterminer le réactif limitant à partir des observations de l’état final.
  5. e)Calculer la quantité de zinc consommée, puis la quantité d’argent formée.

Exercice 2 – Ajuster des équations ★★

(5 pts)

Ajuster les équations des questions 1 à 3, puis répondre aux questions 4 et 5.

  1. a)P₄ + O₂ → P₄O₁₀
  2. b)Respiration : C₆H₁₂O₆ + O₂ → CO₂ + H₂O
  3. c)Al³⁺ + HO⁻ → Al(OH)₃ (vérifier aussi la charge).
  4. d)Pour ajuster Na + Cl₂ → NaCl, un élève écrit Na + Cl₂ → NaCl₂. Expliquer son erreur et écrire l’équation correcte.
  5. e)Dans un flacon fermé, 1,24 g de phosphore P₄ brûle en consommant 1,60 g de dioxygène ; il ne reste ni phosphore ni dioxygène. Quelle masse de P₄O₁₀ s’est formée ? Justifier.

Exercice 3 – Du charbon de bois dans un flacon de dioxygène ★★

(5 pts)

On brûle un morceau de charbon de bois, assimilé à du carbone pur, de masse m = 0,90 g, dans un flacon contenant 0,064 mol de dioxygène. La transformation, totale, est modélisée par C(s) + O₂(g) → CO₂(g).
Données : masse d’un atome de carbone : 1,99 × 10⁻²³ g ; NA = 6,02 × 10²³ mol⁻¹.

  1. a)Calculer le nombre N d’atomes de carbone contenus dans le morceau de charbon.
  2. b)En déduire la quantité de matière de carbone n(C).
  3. c)Déterminer le réactif limitant.
  4. d)Calculer la quantité de dioxyde de carbone formée.
  5. e)Calculer la quantité restante du réactif en excès.

Exercice 4 – Un acide, une base et le thermomètre ★★★

(5 pts)

Dans un gobelet isolant, on mélange 50 mL d’acide chlorhydrique (ions H⁺ et Cl⁻) contenant 5,0 × 10⁻² mol d’ions H⁺ et 50 mL de soude (ions Na⁺ et HO⁻) contenant 4,0 × 10⁻² mol d’ions HO⁻. La réaction est H⁺(aq) + HO⁻(aq) → H₂O(ℓ) ; la température passe de 18,6 °C à 24,1 °C. À la fin, un papier pH indique pH = 1.

  1. a)La transformation est-elle exothermique ou endothermique ? Justifier.
  2. b)Nommer les espèces spectatrices.
  3. c)Que peut-on conclure du papier pH sur le réactif limitant ?
  4. d)Vérifier cette conclusion par le calcul et donner la quantité d’ions H⁺ restante.
  5. e)On recommence avec 50 mL d’une soude qui ne contient que 2,0 × 10⁻² mol d’ions HO⁻, le reste étant inchangé. Prévoir Δθ en justifiant.

Bon courage !

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Voir le corrigé et le barème
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Corrigé et barème – Transformations chimiques : équation et réactif limitant

Durée : 60 min – Calculatrice autorisée – Sur 20 points · Physique-Chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ

Exercice 1 – Une lame de zinc dans une solution d’ions argent ★★

(5 pts)
  1. a)Réactifs : le zinc Zn (la lame est rongée) et les ions Ag⁺ (ils ont disparu). Produits : l’argent Ag (le dépôt) et les ions Zn²⁺ (apparus). (1)
  2. b)Les ions NO₃⁻ sont en même quantité à l’état initial et à l’état final : ils ne sont pas modifiés, c’est l’espèce spectatrice. (1)
  3. c)Zn(s) + 2 Ag⁺(aq) → Zn²⁺(aq) + 2 Ag(s). Zn : 1 = 1 ; Ag : 2 = 2 ; charge : 2 × (+1) = +2 à gauche, +2 à droite. (1)
  4. d)Les ions chlorure ne donnent plus de précipité : il ne reste plus d’ions Ag⁺. Il reste du zinc (la lame n’a été que rongée). Les ions Ag⁺ sont limitants, le zinc est en excès. (1)
  5. e)N = 0,196 ÷ (1,086 × 10⁻²²) ≈ 1,80 × 10²¹ atomes ; n(Zn) = 1,80 × 10²¹ ÷ (6,02 × 10²³) ≈ 3,00 × 10⁻³ mol. 1 mol de Zn forme 2 mol de Ag : n(Ag) = 2 × 3,00 × 10⁻³ = 6,00 × 10⁻³ mol. (1)

Le point clé — Un test négatif sur un réactif à l’état final désigne le réactif limitant ; un réactif encore visible (la lame) est en excès.

Exercice 2 – Ajuster des équations ★★

(5 pts)
  1. a)P₄ + 5 O₂ → P₄O₁₀ (P : 4 = 4 ; O : 10 = 10). (1)
  2. b)C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O (C : 6 = 6 ; H : 12 = 12 ; O : 6 + 12 = 18 = 12 + 6). (1)
  3. c)Al³⁺ + 3 HO⁻ → Al(OH)₃ ; charge : 3 × (−1) = −3, et +3 − 3 = 0 à gauche ; 0 à droite. (1)
  4. d)Il a modifié un indice : NaCl₂ n’est pas le chlorure de sodium, c’est une autre formule. On n’ajuste qu’avec les nombres stœchiométriques : 2 Na + Cl₂ → 2 NaCl. (1)
  5. e)Le flacon est fermé : la masse se conserve (Lavoisier). m(P₄O₁₀) = 1,24 + 1,60 = 2,84 g. (1)

Erreur fréquente — Toucher aux indices pour ajuster : on change alors d’espèce. On ne joue que sur les nombres stœchiométriques.

Exercice 3 – Du charbon de bois dans un flacon de dioxygène ★★

(5 pts)
  1. a)N = m ÷ mC = 0,90 ÷ (1,99 × 10⁻²³) ≈ 4,52 × 10²² atomes. (1)
  2. b)n(C) = N ÷ NA = 4,52 × 10²² ÷ (6,02 × 10²³) ≈ 7,51 × 10⁻² mol. (1)
  3. c)Les deux nombres stœchiométriques valent 1 : on compare directement. n(O₂) = 6,4 × 10⁻² mol < n(C) = 7,51 × 10⁻² mol : le dioxygène est limitant. (1)
  4. d)1 mol de O₂ forme 1 mol de CO₂ : n(CO₂) = 6,4 × 10⁻² mol. (1)
  5. e)Il est consommé autant de carbone que de dioxygène : il reste 7,51 × 10⁻² − 6,4 × 10⁻² ≈ 1,1 × 10⁻² mol de carbone. (1)

Repère — Quand tous les nombres stœchiométriques valent 1, les quotients sont les quantités elles-mêmes : on compare directement les quantités de matière, jamais les masses.

Exercice 4 – Un acide, une base et le thermomètre ★★★

(5 pts)
  1. a)Δθ = 24,1 − 18,6 = +5,5 °C : la température augmente, la transformation libère de l’énergie thermique, elle est exothermique. (1)
  2. b)Les ions Na⁺ et Cl⁻, ni consommés ni formés. (1)
  3. c)pH = 1 : le milieu final est acide, il reste des ions H⁺, en excès. Ce sont donc les ions HO⁻ qui sont limitants. (1)
  4. d)Nombres stœchiométriques égaux à 1 : 4,0 × 10⁻² < 5,0 × 10⁻², les ions HO⁻ sont bien limitants. Il reste 5,0 × 10⁻² − 4,0 × 10⁻² = 1,0 × 10⁻² mol d’ions H⁺. (1)
  5. e)Les ions HO⁻ restent limitants (2,0 × 10⁻² < 5,0 × 10⁻²) et le volume total est le même. L’énergie libérée est proportionnelle à la quantité de réactif limitant consommée, deux fois plus petite : Δθ ≈ 5,5 ÷ 2 ≈ 2,8 °C. (1)

Astuce — Pour un même volume de mélange, Δθ suit la quantité de réactif limitant : moitié moins de réactif limitant, moitié moins d’élévation de température.

Ce document est la propriété intellectuelle de Ben, professeur particulier (benprofparticulier.fr), protégée par le Code de la propriété intellectuelle (art. L. 111-1 et L. 122-4). Il est mis à disposition pour un usage personnel de révision. Toute reproduction, diffusion, mise en ligne ou revente, totale ou partielle, sans autorisation écrite est interdite et constitue une contrefaçon (art. L. 335-2).

Ce contrôle de physique-chimie (2nde) 2ⁿᵈᵉ en bref

Un devoir surveillé type contrôle en classe sur « Transformations chimiques : équation et réactif limitant » : 4 exercices, 60 minutes, noté sur 20. Le sujet et le corrigé sont téléchargeables en PDF, prêts à imprimer, pour travailler comme en classe.

  • Exercice 1 — Une lame de zinc dans une solution d’ions argent ★★/ 5 pts
  • Exercice 2 — Ajuster des équations ★★/ 5 pts
  • Exercice 3 — Du charbon de bois dans un flacon de dioxygène ★★/ 5 pts
  • Exercice 4 — Un acide, une base et le thermomètre ★★★/ 5 pts

Notions évaluées

Système chimique, état initial, état final, états (s), (ℓ), (g), (aq), transformation chimique, réactif, produit, espèce spectatrice, réaction chimique, équation de réaction, nombre stœchiométrique, conservation des éléments, de la charge et de la masse, loi de Lavoisier, système fermé, stœchiométrie, proportions, réactif limitant, réactif en excès, mélange stœchiométrique, quantité de matière, constante d’Avogadro, tests caractéristiques, transformation exothermique, endothermique, Δθ.

Pour préparer ce contrôle

  1. Relire le cours et la fiche de révision.
  2. Refaire les exercices corrigés.
  3. Se tester avec le QCM (24 questions).
  4. 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 : équation et réactif limitant » ?
60 minutes pour 4 exercices notés sur 20. Prévois le double si tu enchaînes avec la correction.
Le corrigé est-il fourni ?
Oui : le corrigé complet est fourni en PDF (bouton « Télécharger le corrigé »), avec le barème exercice par exercice.
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 physique-chimie (2nde) de seconde ?
Oui : il évalue uniquement les notions du chapitre « Transformations chimiques : équation et réactif limitant » du programme officiel de physique-chimie (2nde) en seconde, soit : modélisation macroscopique d’une transformation par une réaction chimique ; écriture symbolique d’une réaction et ajustement de son équation ; notion d’espèce spectatrice ; stœchiométrie, réactif limitant à partir des quantités de matière et à partir de l’état final ; combustion du carbone et du méthane, corrosion d’un métal par un acide, action d’un acide sur le calcaire, acide chlorhydrique et hydroxyde de sodium ; transformations endothermiques et exothermiques, influence de la masse du réactif limitant ; proportionnalité.
Bloqué sur ce chapitre ?

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