Ressources · 2ⁿᵈᵉ · Physique-Chimie (2nde)
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
Les 36 questions du QCM en version texte
Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.
Niveau facile ★ — 12 questions
Au cours d’une transformation chimique, les réactifs sont :
- A. les espèces formées par la transformation
- B. les espèces présentes mais non modifiées
- C. les espèces consommées par la transformation
- D. les espèces ajoutées pour accélérer la réaction
Réponse
C. les espèces consommées par la transformation — Les réactifs sont consommés (leur quantité diminue) ; les produits sont formés ; les espèces non modifiées sont spectatrices.
Une espèce spectatrice :
- A. est présente mais n’est pas modifiée
- B. est consommée puis reformée en même quantité
- C. figure dans l’équation du côté des produits
- D. est toujours le réactif limitant du système
Réponse
A. est présente mais n’est pas modifiée — Sa quantité est la même à l’état initial et à l’état final : elle ne figure pas dans l’équation.
Pour ajuster une équation de réaction, on modifie :
- A. les indices des formules chimiques
- B. les formules des produits obtenus
- C. l’état physique des espèces
- D. les nombres stœchiométriques
Réponse
D. les nombres stœchiométriques — Modifier un indice change l’espèce chimique ; seuls les nombres placés devant les formules s’ajustent.
Une transformation est exothermique lorsqu’elle :
- A. absorbe de l’énergie thermique
- B. libère de l’énergie thermique
- C. fait baisser la température du milieu
- D. ne se produit qu’en chauffant sans arrêt
Réponse
B. libère de l’énergie thermique — Exothermique : de l’énergie thermique est libérée vers l’extérieur, la température du milieu augmente.
Dans l’équation N₂ + O₂ → 2 NO, le nombre stœchiométrique de N₂ vaut :
- A. 0
- B. 1
- C. 2
- D. 4
Réponse
B. 1 — Le nombre 1 ne s’écrit pas devant une formule : N₂ a pour nombre stœchiométrique 1, comme O₂ ; NO a 2.
Lors d’une transformation totale, le réactif limitant est :
- A. le réactif introduit avec la plus petite masse
- B. le réactif introduit en plus petite quantité
- C. le réactif qui reste encore à l’état final
- D. le réactif entièrement consommé à l’état final
Réponse
D. le réactif entièrement consommé à l’état final — Le réactif limitant disparaît complètement et arrête la transformation ; ni la masse ni la quantité brute ne suffisent à l’identifier.
Dans un système fermé, au cours d’une transformation chimique, la masse totale :
- A. reste la même
- B. augmente toujours un peu
- C. diminue si un gaz se forme
- D. dépend de la température atteinte
Réponse
A. reste la même — Loi de Lavoisier : dans un système fermé, la masse se conserve, même si un gaz se forme (il reste dans le système).
Dans une équation, la notation (aq) après une formule signifie que l’espèce est :
- A. à l’état liquide pur
- B. à l’état gazeux
- C. dissoute dans l’eau
- D. un solide en poudre
Réponse
C. dissoute dans l’eau — (aq) : dissoute dans l’eau. (ℓ) désigne un liquide, (g) un gaz, (s) un solide.
Au cours d’une transformation endothermique réalisée dans un gobelet isolant :
- A. la température du mélange monte
- B. la température ne change pas
- C. il se forme toujours un gaz
- D. la température du mélange baisse
Réponse
D. la température du mélange baisse — Une transformation endothermique absorbe de l’énergie thermique prise au milieu : sa température baisse.
La réaction chimique est :
- A. l’ensemble des espèces présentes à l’état initial
- B. le modèle d’une transformation, écrit par une équation
- C. la liste des espèces spectatrices
- D. l’expérience réalisée au laboratoire
Réponse
B. le modèle d’une transformation, écrit par une équation — La transformation est ce qui se passe réellement ; la réaction chimique en est le modèle macroscopique, symbolisé par l’équation de réaction.
Pour la réaction a A + b B → …, on trouve le réactif limitant en comparant :
- A. les masses de A et de B
- B. n(A) et n(B) sans calcul
- C. n(A) ÷ a et n(B) ÷ b
- D. n(A) × a et n(B) × b
Réponse
C. n(A) ÷ a et n(B) ÷ b — On divise chaque quantité initiale par son nombre stœchiométrique ; le plus petit quotient désigne le réactif limitant.
À l’état final, le test caractéristique d’un réactif est négatif. Ce réactif est :
- A. le réactif limitant
- B. en excès
- C. une espèce spectatrice
- D. un produit de la réaction
Réponse
A. le réactif limitant — Un test négatif montre qu’il ne reste plus rien de ce réactif : il a été entièrement consommé, c’est le réactif limitant.
Niveau moyen ★★ — 12 questions
Une fois ajustée, l’équation C₂H₄ + … O₂ → … CO₂ + … H₂O comporte devant O₂ le nombre :
- A. 1
- B. 3
- C. 2
- D. 4
Réponse
B. 3 — 2 C donnent 2 CO₂, 4 H donnent 2 H₂O : 4 + 2 = 6 atomes O à droite, donc 3 O₂.
Pour 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃, on part de 0,50 mol de SO₂ et de 0,20 mol de O₂. Alors :
- A. SO₂ est le réactif limitant
- B. le mélange est stœchiométrique
- C. on ne peut pas conclure sans les masses
- D. O₂ est le réactif limitant
Réponse
D. O₂ est le réactif limitant — Quotients : 0,50 ÷ 2 = 0,25 et 0,20 ÷ 1 = 0,20. Le plus petit est celui de O₂.
Pour C + 2 H₂ → CH₄ avec 0,14 mol de carbone, le mélange est stœchiométrique si n(H₂) vaut :
- A. 0,28 mol
- B. 0,14 mol
- C. 0,070 mol
- D. 0,56 mol
Réponse
A. 0,28 mol — Il faut n(H₂) ÷ 2 = n(C) ÷ 1, soit n(H₂) = 2 × 0,14 = 0,28 mol.
Pour Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂, on part de 0,025 mol de zinc et de 0,038 mol d’ions H⁺. La quantité de H₂ formée vaut :
- A. 0,038 mol
- B. 0,025 mol
- C. 0,019 mol
- D. 0,0095 mol
Réponse
C. 0,019 mol — 0,038 ÷ 2 = 0,019 < 0,025 : H⁺ est limitant ; 2 mol de H⁺ forment 1 mol de H₂, soit 0,019 mol.
Au cours d’une transformation, la température du mélange passe de 24,0 °C à 19,3 °C. La transformation est :
- A. exothermique
- B. sans effet thermique
- C. impossible à qualifier
- D. endothermique
Réponse
D. endothermique — Δθ = 19,3 − 24,0 = −4,7 °C : la température baisse, le système absorbe de l’énergie thermique, la transformation est endothermique.
On verse de la soude (Na⁺, HO⁻) dans une solution de sulfate de fer(II) (Fe²⁺, SO₄²⁻) : un précipité vert d’hydroxyde de fer(II) Fe(OH)₂ se forme. Les espèces spectatrices sont :
- A. Na⁺ et SO₄²⁻
- B. Fe²⁺ et HO⁻
- C. Fe(OH)₂ seulement
- D. Fe²⁺ et SO₄²⁻
Réponse
A. Na⁺ et SO₄²⁻ — Fe²⁺ et HO⁻ réagissent pour former Fe(OH)₂ ; Na⁺ et SO₄²⁻ restent inchangés : ils sont spectateurs.
Dans un flacon fermé, 5,4 g d’aluminium et 4,8 g de dioxygène réagissent entièrement. La masse d’alumine formée vaut :
- A. 0,6 g
- B. 5,4 g
- C. 10,2 g
- D. 4,8 g
Réponse
C. 10,2 g — Loi de Lavoisier : la masse se conserve, 5,4 + 4,8 = 10,2 g d’alumine.
Pour 4 Na + O₂ → 2 Na₂O, avec 0,36 mol de sodium limitant, la quantité d’oxyde de sodium formée vaut :
- A. 0,36 mol
- B. 0,18 mol
- C. 0,72 mol
- D. 0,090 mol
Réponse
B. 0,18 mol — 4 mol de Na forment 2 mol de Na₂O, deux fois moins : n(Na₂O) = 0,36 ÷ 2 = 0,18 mol.
Pour CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O, on part de 0,050 mol de calcaire et de 0,090 mol d’ions H⁺. Le réactif limitant est :
- A. l’ion H⁺, de plus petit quotient
- B. le calcaire, introduit en moindre quantité
- C. aucun : le mélange est stœchiométrique
- D. le calcaire, car c’est le seul solide
Réponse
A. l’ion H⁺, de plus petit quotient — Quotients : 0,050 ÷ 1 = 0,050 et 0,090 ÷ 2 = 0,045. Le plus petit est celui des ions H⁺.
On réalise une transformation dans un gobelet en polystyrène plutôt que dans un bécher en verre pour :
- A. accélérer la transformation chimique
- B. éviter que le verre ne réagisse
- C. limiter les échanges d’énergie avec l’air
- D. mesurer plus facilement les masses
Réponse
C. limiter les échanges d’énergie avec l’air — Le polystyrène est un isolant thermique : la variation de température mesurée est alors due à la transformation, pas aux échanges avec l’extérieur.
Quelle équation de combustion du butan-1-ol C₄H₁₀O est correctement ajustée ?
- A. C₄H₁₀O + 4 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O
- B. C₄H₁₀O + 6 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O
- C. C₄H₁₀O + 6 O₂ → 4 CO₂ + 4 H₂O
- D. 2 C₄H₁₀O + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O
Réponse
B. C₄H₁₀O + 6 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O — 4 C : 4 CO₂ ; 10 H : 5 H₂O ; à droite 8 + 5 = 13 atomes O, dont 1 apporté par le butan-1-ol : il en faut 12, soit 6 O₂.
Pour Mg²⁺ + 2 HO⁻ → Mg(OH)₂, on mélange 1,0 × 10⁻³ mol d’ions Mg²⁺ et 3,0 × 10⁻³ mol d’ions HO⁻. À l’état final, il reste :
- A. 2,0 × 10⁻³ mol d’ions HO⁻
- B. 1,0 × 10⁻³ mol d’ions Mg²⁺
- C. aucun des deux réactifs
- D. 1,0 × 10⁻³ mol d’ions HO⁻
Réponse
D. 1,0 × 10⁻³ mol d’ions HO⁻ — Quotients : 1,0 × 10⁻³ et 1,5 × 10⁻³ : Mg²⁺ est limitant. Il consomme 2 × 1,0 × 10⁻³ = 2,0 × 10⁻³ mol de HO⁻ ; il en reste 1,0 × 10⁻³ mol.
Niveau difficile ★★★ — 12 questions
Pour 2 A + B → C, on introduit 0,78 mol de A et 0,42 mol de B. Le réactif limitant est :
- A. B, car n(B) est inférieure à n(A)
- B. aucun : le mélange est stœchiométrique
- C. B, car son nombre stœchiométrique est le plus petit
- D. A, bien que n(A) soit supérieure à n(B)
Réponse
D. A, bien que n(A) soit supérieure à n(B) — Quotients : 0,78 ÷ 2 = 0,39 et 0,42 ÷ 1 = 0,42. A est limitant malgré une quantité initiale plus grande.
Au cours d’une transformation chimique, on est sûr que se conservent :
- A. le nombre total de molécules et d’ions
- B. les éléments chimiques et la charge électrique
- C. la quantité de matière totale des espèces
- D. la température et le volume du système
Réponse
B. les éléments chimiques et la charge électrique — Les éléments et la charge se conservent ; le nombre total d’entités peut changer : dans 2 SO₂ + O₂ → 2 SO₃, 3 molécules en donnent 2.
À propos d’une espèce spectatrice, quelle affirmation est exacte ?
- A. c’est forcément un ion chargé négativement
- B. c’est toujours l’eau, qui sert de solvant
- C. elle est présente à l’état initial et à l’état final
- D. elle réagit, mais en très faible quantité
Réponse
C. elle est présente à l’état initial et à l’état final — Elle est présente en même quantité avant et après ; ce peut être un cation (Na⁺), un anion (Cl⁻) ou une molécule (N₂).
Quelle équation respecte à la fois la conservation des éléments et celle de la charge ?
- A. 2 Fe³⁺ + Zn → 2 Fe²⁺ + Zn²⁺
- B. Fe³⁺ + Zn → Fe²⁺ + Zn²⁺
- C. Fe³⁺ + 2 Zn → Fe²⁺ + 2 Zn²⁺
- D. 2 Fe³⁺ + Zn → 2 Fe²⁺ + Zn
Réponse
A. 2 Fe³⁺ + Zn → 2 Fe²⁺ + Zn²⁺ — Charges : +6 et +4 + 2 = +6 pour la première. La deuxième donne +3 et +4, la troisième +3 et +6, la dernière +6 et +4.
De l’aluminium en poudre est ajouté à une solution bleue d’ions Cu²⁺. À l’état final, il ne reste plus de poudre grise et la solution est encore bleue. On en conclut que :
- A. les ions Cu²⁺ sont le réactif limitant
- B. le mélange était stœchiométrique
- C. l’aluminium est le réactif limitant
- D. aucune transformation n’a eu lieu
Réponse
C. l’aluminium est le réactif limitant — La couleur bleue montre qu’il reste des ions Cu²⁺, en excès ; l’aluminium a entièrement disparu : il est limitant.
Pour 2 CO + O₂ → 2 CO₂, on part de 0,24 mol de CO et de 0,12 mol de O₂. À l’état final (transformation totale), le système contient :
- A. seulement du CO₂
- B. du CO₂ et du CO
- C. du CO₂ et du O₂
- D. du CO, du O₂ et du CO₂
Réponse
A. seulement du CO₂ — 0,24 ÷ 2 = 0,12 ÷ 1 : le mélange est stœchiométrique, les deux réactifs disparaissent entièrement.
On fait réagir 1,0 g de dihydrogène et 4,0 g de dioxygène (2 H₂ + O₂ → 2 H₂O). Une molécule O₂ a une masse 16 fois plus grande qu’une molécule H₂. Le réactif limitant est :
- A. le dihydrogène, introduit avec la plus petite masse
- B. aucun : les masses sont proportionnelles
- C. le dihydrogène, car son nombre stœchiométrique vaut 2
- D. le dioxygène, introduit avec la plus grande masse
Réponse
D. le dioxygène, introduit avec la plus grande masse — 4,0 g de O₂ contiennent 16 ÷ 4 = 4 fois moins de molécules que 1,0 g de H₂. Si n(H₂) = x, n(O₂) = x ÷ 4 : quotients x ÷ 2 et x ÷ 4. O₂ est limitant.
Dans un même volume de solution, on double la masse d’un réactif qui reste limitant. L’élévation de température Δθ :
- A. ne change pas
- B. double
- C. est divisée par deux
- D. est multipliée par quatre
Réponse
B. double — L’énergie libérée est proportionnelle à la quantité de réactif limitant consommée : deux fois plus de réactif limitant, Δθ deux fois plus grande.
Une série d’expériences montre que la masse de produit augmente avec la quantité d’un réactif, puis reste constante. Au point de rupture :
- A. ce réactif devient limitant
- B. le mélange est stœchiométrique
- C. la transformation s’arrête faute d’énergie
- D. le produit commence à se décomposer
Réponse
B. le mélange est stœchiométrique — Avant la rupture, le réactif ajouté est limitant ; après, il est en excès. À la rupture, les deux réactifs sont entièrement consommés.
On refait une transformation exothermique avec deux fois plus de chaque réactif et deux fois plus de solution. L’élévation de température Δθ :
- A. double
- B. est divisée par deux
- C. est multipliée par quatre
- D. ne change pas
Réponse
D. ne change pas — L’énergie libérée double, mais elle chauffe deux fois plus de matière : la variation de température est la même.
Dans l’équation ajustée 2 Al + 3 Fe²⁺ → 2 Al³⁺ + 3 Fe, la charge totale des réactifs vaut :
- A. +6
- B. +2
- C. +5
- D. +12
Réponse
A. +6 — Les atomes Al sont neutres ; les 3 ions Fe²⁺ portent 3 × (+2) = +6, autant que les 2 ions Al³⁺ des produits, 2 × (+3) = +6.
Un métal réagit avec un acide : l’effervescence de dihydrogène cesse alors qu’il reste du métal. Quelle conclusion est exacte ?
- A. le métal est le réactif limitant
- B. le mélange initial était stœchiométrique
- C. les ions H⁺ ont été entièrement consommés
- D. les ions H⁺ sont restés spectateurs
Réponse
C. les ions H⁺ ont été entièrement consommés — Il reste du métal, en excès ; si la transformation s’arrête, c’est qu’il ne reste plus d’ions H⁺ : ils étaient limitants.
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