Cours de physique – niveau classe de première S – partie « Couleurs et images – Matières colorées » Qu'est ce qu'un tableau d'avancement? A quoi sert-il? Comment faire un tableau d'avancement Exemple du tableau d'avancement de la réaction entre le diiode et le thiosulfate Un tableau d' avancement est un tableau qui exprime les quantités de matière de tous les réactifs et produits d'une transformation chimique en fonction de l' avancement lors de l'état initial du système chimique, de son état final et d'un état intermédiaire quelconque. Il permet: de faire un bilan des quantités de matières lors d'une transformation chimique d'identifier facilement le réactif limitant de prévoir les quantités de matières à la fin de la réaction Première étape: écrire l' équation de réaction équilibrée (ce qui implique de connaitre les réactifs, les produits, les formules de ces derniers et de savoir équilibrer une équation de réaction). Cette équation constitue la première ligne du tableau d' avancement.
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Exemple avec la combustion du méthane: pour CH(4): n-x car 1 mole de CH(4) réagit avec 2 moles de O(2). pour 2O(2): n-2x car 2 moles de dioxygène réagissent avec 1 mole de méthane. Pour les prduits, on note alors x pour le CO(2) et 2x pour le O(2) car 2 moles de dioxygène sont formées Maintenant, il faut trouver x. Une simple équation à 1 inconnue nous permet de le trouver. Pour le méthane où on a mis n-x, on pose n-x=0, ce qui suppose que le méthane sera le réactif limitant, celui qui sera totalement consommé. n-x=0 donne: x=n. Pour le cas du dioxygène, on a mis n-2x, on pose également n-2x=0, ce qui suppose aussi que le O(2) sera le réactif limitant. n-2x=0 se résout pour donner: x=n/2. On se retrouve alors pour la plupart des cas avec 2 x différents. Le x a retenir est le plus petit. On le remplace alors en-dessous de chaque case, en le multipliant par le nombre de moles indiqué dans le membre produits de l'équation chimique, si nécessaire.
Construire le tableau d'avancement associé à cette réaction. Utiliser un tableau d'avancement Recopier puis compléter le tableau d'avancement. Calculer les quantités de matière des réactifs et des produits pour x = 3, 2 mmol. L'avancement maximal x max correspond à la plus petite valeur de l'avancement pour laquelle la quantité finale de l'un au moins des réactifs est nulle. Ce réactif est appelé réactif limitant. Exemple: Recherche de la valeur de l'avancement maximal de la réaction entre le diiode I 2 et les ions thiosulfate S 2 O 3 ²⁻. Hypothèse 1: si I 2 était le réactif limitant, alors 1, 0 - 1 x max = 0; l'avancement maximal serait x max = 1, 0 mmol. Hypothèse 2: si S 2 O 3 ²⁻ était le réactif limitant, alors 4, 0 - 2x max = 0; l'avancement maximal serait xmax = 2, 0 mmol. La plus petite des deux valeurs est la valeur de l'avancement maximal: x max = 1, 0 mmol. Le réactif limitant est le diiode. Si xf = xmax, alors la transformation est totale. Si xf < xmax, alors la transformation est non totale.
Détaillons ces étapes à travers une exemple Considérons la réaction de combustion du méthane par le dioxygène. Admettons qu'il y ait au départ 10 moles de méthane et 10 moles de dioxygène. Ce sont ces quantités qui seront présentes dans le tableau à l' état initial. 1) On écrit l'équation de la réaction équilibrée CH 4 + 2 O 2 → CO 2 + 2 H 2 O Dans cette réaction, les réactifs sont le méthane (CH 4) et le dioxygène (O 2). Et les produits sont le dioxyde de carbone (CO 2) et l'eau (H 2 O). 2) On remplit la ligne de l'état initial La première ligne du tableau indique les quantités de matière (en mol) présentes à l'état initial. L' avancement x de la réaction est un nombre allant de 0 pour l'état initial, à x max pour l'état final. Il s'agit simplement d'un outil pour mesurer – comme son nom l'indique – le degré d'avancement de la réaction: Quand x vaut 0, la réaction démarre. Quand x vaut x max, elle se termine. L'avancement s'exprime en moles (mol). 3) On remplit la ligne de l'état intermédiaire Remarquez comment sont utilisés les coefficients stœchiométriques.
Deuxième étape: attribuer une colonne du tableau pour chaque réactif et produit de l' équation de réaction puis ajouter une colone supplémentaire pour l' avancement. Troisième étape: consacrer une ligne du tableau à l'état initial (t=0), l' avancement y est nul (x=0), les réactifs ont une quantité de matière correspondant à la quantité initiale (n0) tandis que la quantité de matière des produits est en général nulle. Quatrième étape: consacrer la ligne suivante à un état quelconque intermédiaire entre l'état initial et l'état final. L' avancement est alors "x", un réactif A de coefficient stoechiométrique "a" et de quantitité initiale n A0 a une quantité de matière n A0 – a. x tandis qu'un produit C de coefficient stoechiométrique "c" a une quantité de matière c. x. Cinquième étape: consacrer la dernière ligne du tableau à l'état final. L' avancement est alors "x max ", un réactif A de coefficient stoechiométrique "a" et de quantitité initiale n A0 a une quantité de matière n A0 – a. x max (si ce réactif est limitant alors cette valeur est nulle), tandis qu'un produit C de coefficient stoechiométrique "c" a une quantité de matière c. x max.
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