Un tableau d’avancement décrit l’évolution des quantités de matière des réactifs et des produits au cours d’une réaction chimique. À partir de l’équation équilibrée, il indique l’état initial, les variations liées à l’avancement x et l’état final. Il permet de repérer le réactif limitant.
Pour la réaction 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O, deux moles de dihydrogène disparaissent lorsque l’avancement augmente d’une mole. Les coefficients déterminent les variations et les quantités finales.
Comprendre l'avancement d'une réaction chimique
Réponse rapide : Un tableau d'avancement suit les quantités de matière pendant une transformation. Il présente l'état initial, l'évolution avec x et l'état final. Il identifie le réactif limitant.
Première Cycle terminal Physique-chimie Constitution et transformations de la matière
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Ce chapitre s’intitule « L'avancement d'une réaction et le tableau d'avancement ». Tu vas traduire une équation chimique en quantités de matière, prévoir les espèces restantes et celles formées.
Objectif : Je sais établir et exploiter un tableau d'avancement pour déterminer les quantités finales et le réactif limitant.
Prérequis : connaître la quantité de matière n, en mol ; savoir ce qu’est une mole ; équilibrer une équation chimique.
Une transformation chimique consomme des réactifs et forme des produits. Les coefficients stœchiométriques imposent les proportions. L’avancement x, en mol, mesure la progression. Sa valeur finale est xf. L’avancement maximal xmax est atteint lorsqu’un réactif est entièrement consommé.
À retenir : le tableau utilise des quantités de matière, en mol, et traduit l’équation équilibrée.
Repères institutionnels : programme de physique-chimie du cycle terminal sur education.gouv.fr ; ressources d’accompagnement sur eduscol.education.fr.
Méthode : établir un tableau d'avancement sans erreur
Le tableau rend visibles les espèces consommées et formées. Conserve les coefficients de l’équation dans chaque calcul.
- Équilibre l’équation de réaction. Vérifie le nombre d’atomes avant et après la flèche.
- Trace une grille avec l’état du système, l’avancement et toutes les espèces. Indique l’unité mol.
- Inscris les variations : −νx pour chaque réactif et +νx pour chaque produit. ν désigne le coefficient stœchiométrique.
- Écris l’état final et impose des quantités positives ou nulles. La plus petite valeur possible de x donne xmax.
| État du système | Avancement | A (mol) | B (mol) | C (mol) |
|---|---|---|---|---|
| État initial | 0 | nA,0 | nB,0 | 0 |
| Évolution | x | −ax | −bx | +cx |
| État final | xf | nA,0 − axf | nB,0 − bxf | cxf |
Ce modèle correspond à a A + b B → c C. Si la réaction est totale, xf = xmax.
Erreurs fréquentes : oublier un coefficient devant x ; mélanger grammes et mol ; écrire une diminution positive ; conclure avant d’avoir comparé les contraintes sur x.
Exemples résolus : calculer les quantités finales et le réactif limitant
Exemple : H2 + I2 → 2 HI. On introduit 0,20 mol de dihydrogène et 0,15 mol de diiode.
| État du système | Avancement | H2 (mol) | I2 (mol) | HI (mol) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | 0 | 0,20 | 0,15 | 0 |
| Évolution | x | −x | −x | +2x |
| Final | xmax = 0,15 | 0,05 | 0 | 0,30 |
H2 autorise x ≤ 0,20 mol et I2 x ≤ 0,15 mol. I2 est limitant ; H2 est en excès.
Exemple : N2 + 3 H2 → 2 NH3. On introduit 0,40 mol de diazote et 0,90 mol de dihydrogène.
| État du système | Avancement | N2 (mol) | H2 (mol) | NH3 (mol) |
|---|---|---|---|---|
| Initial | 0 | 0,40 | 0,90 | 0 |
| Évolution | x | −x | −3x | +2x |
| Final | xmax = 0,30 | 0,10 | 0 | 0,60 |
Le diazote impose x ≤ 0,40 mol. Le dihydrogène impose x ≤ 0,30 mol : H2 est limitant.
Bonus du prof : ne compare jamais les quantités initiales seules. Divise chaque quantité par son coefficient stœchiométrique.
Exercices progressifs et défi bonus
Repère les coefficients de l'équation. Une diminution porte un signe moins, une formation un signe plus. Le calcul de xmax détermine le réactif limitant.
Exercice 1
La réaction est : 2 H2 + O2 → 2 H2O. On introduit 0,40 mol de H2 et 0,30 mol de O2. Complète les variations : H2 : ____ ; O2 : ____ ; H2O : ____.
Exercice 2
Les quantités initiales sont 0,50 mol de Mg et 0,20 mol de O 2. Calcule x max, entoure le réactif limitant et donne la quantité finale de MgO.
Exercice 3
Pour 2 A + B → 3 C, on a initialement 0,60 mol de A, 0,50 mol de B et 0 mol de C. À l’état final, xf = 0,20 mol. Calcule les quantités finales de A, B et C.
Exercice 4
La réaction est : 2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3. On introduit 0,40 mol d’aluminium et 0,45 mol de dichlore. Établis les contraintes sur x, puis détermine le réactif limitant et les quantités finales.
Exercice 5
Une transformation possède xmax = 0,20 mol et xf = 0,12 mol. Calcule le taux d’avancement final τ = xf/xmax. La transformation est-elle totale ? Rédige une phrase.
Exercice 6
Pour N2 + 3 H2 → 2 NH3, on introduit 0,30 mol de N2 et 1,20 mol de H2. Indique vrai ou faux : « xmax vaut 0,30 mol » ; « H2 est limitant » ; « la quantité finale de NH3 vaut 0,60 mol ».
Exercice 7
La réaction est : Fe2O3 + 3 CO → 2 Fe + 3 CO2. On dispose de 0,20 mol de Fe2O3 et 0,50 mol de CO. Détermine xmax, le réactif limitant, puis les quantités finales de Fe et de Fe2O3.
Exercice 8
La réaction est : 2 Al + 3 Cl2 → 2 AlCl3. À l’état final, il reste 0,10 mol de Al, il ne reste plus de Cl2 et il s’est formé 0,60 mol de AlCl3. Retrouve xf, puis les quantités initiales de Al et de Cl2. Conclus sur le réactif limitant.
Correction
[CORRIGÉ DÉPLIANT]
Exercice 1 : H2 : −2x ; O2 : −x ; H2O : +2x. Les coefficients donnent les variations.
Exercice 2 : x ≤ 0,25 mol pour Mg et x ≤ 0,20 mol pour O2. Donc xmax = 0,20 mol, O2 est limitant et n(MgO) = 0,40 mol.
Exercice 3 : nf(A) = 0,20 mol ; nf(B) = 0,30 mol ; nf(C) = 0,60 mol.
Exercice 4 : Al impose x ≤ 0,20 mol ; Cl2 impose x ≤ 0,15 mol. Cl2 est limitant. À l’état final : Al = 0,10 mol, Cl2 = 0 mol et AlCl3 = 0,30 mol.
Exercice 5 : τ = 0,12/0,20 = 0,60. La transformation n’est pas totale, car xf est inférieur à xmax.
Exercice 6 : Vrai ; faux ; vrai. N2 impose x ≤ 0,30 mol, tandis que H2 impose x ≤ 0,40 mol : N2 est limitant.
Exercice 7 : xmax = 0,50/3 mol. CO est le réactif limitant. nf(Fe) = 2 × 0,50/3 mol ; nf(Fe2O3) = 0,20 − 0,50/3 mol.
Exercice 8 : 2xf = 0,60, donc xf = 0,30 mol. n0(Al) = 0,10 + 2 × 0,30 = 0,70 mol ; n0(Cl2) = 3 × 0,30 = 0,90 mol. Le dichlore est limitant puisqu’il disparaît.
Qu’est-ce qu’un tableau d’avancement ?
Le tableau d’avancement décrit l’évolution des quantités de matière lors d’une réaction. Il distingue l’état initial, les variations liées à x et l’état final. Il prévoit les quantités formées, les réactifs restants et le réactif limitant.
Comment établir un tableau d’avancement ?
Équilibrez l’équation chimique. Placez les quantités initiales en mol, écrivez les diminutions avec un signe moins et les formations avec un signe plus, puis exprimez chaque quantité finale en fonction de x.
Quand utiliser un tableau d’avancement ?
Utilisez-le dès qu’une question porte sur une transformation chimique et des quantités de matière. Il permet de calculer les quantités finales, d’identifier un réactif limitant ou d’exploiter un avancement final fourni.
Comment déterminer le réactif limitant avec un tableau d’avancement ?
Pour chaque réactif, écrivez la condition garantissant une quantité finale positive ou nulle. Divisez la quantité initiale par le coefficient stœchiométrique. La plus petite valeur est xmax : le réactif associé est limitant.
Comment calculer un taux d’avancement ?
Le taux d’avancement final se calcule avec τ = xf/xmax. Il compare l’avancement atteint à l’avancement maximal. Si τ vaut 1, la transformation est totale ; s’il est inférieur à 1, elle s’est arrêtée avant consommation complète du réactif limitant.
Comment faire un tableau d’avancement et trouver le réactif limitant ?
Après la ligne d’évolution, calculez les expressions finales des réactifs. Cherchez la valeur de x qui annule chacune d’elles. Retenez la plus petite : elle donne xmax. Le réactif dont la quantité finale est nulle est limitant.
Commence toujours par équilibrer l’équation chimique, puis associe chaque coefficient stœchiométrique à la variation correspondante en fonction de x. Compare les valeurs possibles de x pour trouver x_(max) et le réactif limitant. Vérifie ensuite chaque résultat dans la correction.
À propos de l'auteur
Camille Lefèvre, Rédactrice spécialisée en Français
Camille Lefèvre rédige les fiches de méthode et les exercices corrigés de la rubrique Français, pour les classes de lycée.
