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2DE : STOECHIOMÉTRIE. RÉACTIF LIMITANT (Correction)

mercredi 25 mai 2022, par Oscillo&Becher


STOECHIOMÉTRIE. RÉACTIF LIMITANT

STOECHIOMÉTRIE. RÉACTIF LIMITANT

  • Pb : Comment régler au mieux la proportion de combustible/comburant dans le réglage du brûleur d’une plaque de cuisson ou d’une chaudière (combustible gaz naturel : méthane \(CH_{4}\))? Pour un chimiste : recherche du mélange de réactifs idéal : mélange stoechiométrique (qui respecte la proportion stoechiométrique)

bruleur2.png

  • L’équation de combustion du méthane ajustée : \(CH_{4}\) + 2 \(O_{2}\) \(\to\) \(CO_{2}\) + 2 \(H_{2}O\)

1. PAUSE SANDWICHES

  • Choisissons une situation initiale où nous disposons de :
    • 4 tranches de pain et 4 tranches de fromage.
    • Pour un tel mélange de « réactifs », on peut confectionner 2 sandwiches et il reste deux tranches de fromage. On dit que le fromage était en excès. C’est par manque de tranches de pain qu’on n’a pas pu faire plus d’autres sandwiches : les tranches de pain représentent ici le réactif limitant (celui qui limite la production).
  • Nouvelle situation initiale, gardons 4 tranches de pain … mais prenons 2 tranches de fromage pour une production identique de 2 sandwiches mais sans excès de tranches de pain ou de fromage donc sans aucun reste. On parle alors de mélange stoechiométrique de réactifs. Vérifier que la proportion de ce mélange respecte la proportion tranche de fromage/tranches de pain dans la recette de fabrication du sandwich.

2. LA COMBUSTION DU MÉTHANE

  • Prenons le menu « Molécules » dans l’application précédente. Sous menu « Combustion du méthane »
  • Choisissons une situation initiale (purement théorique) où nous disposerions de :
    • 4 molécules de méthane et 4 molécules de dioxygène.

Stoechio1cor.png

ANALYSER/RAISONNER

  1. Le mélange de réactifs précédent n’est pas stoechiométrique, il ne respecte pas la proportion stoechiométrique donnée par les nombres stoechiométriques (1 molécule de méthane \(CH_{4}\) pour 2 molécules de dioxygène \(O_{2}\)).
    • Ainsi, pour faire réagir les 4 molécules de molécules, il aurait fallu deux fois plus, c’est à dire 8 molécules de dioxygène, or, on a mis seulement 4 molécules de dioxygène qui est donc le réactif limitant (le réactif qui s’épuise).
    • Les 4 molécules de dioxygène réagissent toutes avec seulement deux fois moins c’est à dire \(\frac{4}{2}\) = 2 molécules de méthane. Il reste donc 4 - 2 = 2 molécules de méthane non consommées. le méthane était donc le réactif en excès.

ANALYSER/RAISONNER/VALIDER

  1. La proportion stoechiométrique donnée par les nombres stoechiométriques est : 1 molécule de méthane \(CH_{4}\) pour 2 molécules de dioxygène \(O_{2}\). On doit donc régler le brûleur pour un mélange méthane/dioxygène dans un rapport de 1 mol pour 2 mol.
  • Le mélange stoechiométrique méthane/dioxygène est dans un rapport de 1 mol pour 2 mol.
  1. L’équation de réaction ajustée est la même : les nombres stoechiométriques sont les mêmes : Le mélange stoechiométrique méthane/dioxygène est donc toujours dans un rapport de 1 mol de méthane pour 2 mol de dioxygène.

Stoechio2bcor.png

3. VERS UN DÉVELOPPEMENT DURABLE

  1. Un prototype de chaudière fonctionnant au dihydrogène \(H_{2}\) a été construit depuis quelques années. Ce type de projet se place dans le cadre d’un développement durable puisque cette transformation chimique ne produit plus de dioxyde de carbone (qui est un gaz à effet de serre) Aide : Restons dans le menu « Molécules » de l’application précédente. Sous menu « Synthèse de l’eau »

SyntheseEau.png

VoitureHydrogene.png

Figure 1 : L’équation précédente est aussi celle qui régit le fonctionnement des prototypes de « voiture à hydrogène » avec PAC (Pile À Combustible)

Created: 2022-05-25 mer. 17:44

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