🎈 Le réactif limitant : de la recette au ballon
Tu as 12 pots de farine et 10 œufs, mais seulement 6 pots de sucre : combien de gâteaux au yaourt peux-tu faire ? C'est exactement la question que se pose un chimiste devant ses réactifs ! Cuisine d'abord, puis passe au labo : fais tomber du bicarbonate dans du vinaigre et regarde le ballon gonfler… jusqu'à un certain point.
🧪 Mode d'emploi : règle les curseurs (à droite, ou sous l'animation sur téléphone), lance avec ▶, observe les mesures et relève les 🎯 défis. Le bouton ⛶ agrandit l'animation, idéal sur téléphone à l'horizontale.
Ce que tu vois
- Dans le garde-manger, on cuisine gâteau après gâteau jusqu'à ce qu'il manque un ingrédient : c'est l'ingrédient limitant. Les autres sont en excès : il en reste.
- Les barres comparent « stock / quantité pour un gâteau » pour chaque ingrédient : la plus courte désigne l'ingrédient limitant, et sa longueur donne le nombre de gâteaux possibles, xmax.
- Dans l'expérience, le ballon gonfle d'autant plus que la masse de solide est grande… mais au-delà d'une certaine masse, il ne grossit plus : l'acide est devenu le réactif limitant, et du solide reste au fond.
- Sur le graphique, les points montent en ligne droite puis forment un plateau. La cassure correspond aux proportions stœchiométriques : les deux réactifs sont alors entièrement consommés.
- Avec l'indicateur coloré (bleu de bromothymol), la solution reste jaune tant qu'il reste de l'acide.
Expériences à faire
- Avec le stock de départ, prévois l'ingrédient limitant et le nombre de gâteaux avant de cuisiner.
- Que faut-il acheter pour faire exactement 5 gâteaux sans aucun reste ?
- Lance une série de 6 expériences avec le bicarbonate : pour quelle masse le ballon arrête-t-il de grossir ? Vérifie avec le calcul de méq.
- Double le volume de vinaigre : que devient la hauteur du plateau ? Et la position de la cassure ?
- Avec le zinc, l'équation contient « 2 H+ » : pourquoi faut-il diviser n(H+) par 2 avant de comparer ?
La chimie derrière l'animation
- Le réactif limitant est celui qui est entièrement consommé en premier ; il fixe la quantité de produits formés. Les autres réactifs sont en excès.
- Pour une réaction a A + b B → produits, on compare les quotients nA / a et nB / b : le plus petit désigne le réactif limitant, et xmax = min(nA / a ; nB / b).
- Quantités de matière initiales : n = m / M pour un solide (M : masse molaire en g/mol), n = c × V pour une espèce dissoute (c en mol/L, V en L).
- Volume de gaz formé : V = n × Vm, avec Vm ≈ 24,0 L/mol à 20 °C sous la pression atmosphérique (Vm = R T / P).
- Les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques quand nA / a = nB / b : tout est consommé. Pour 20 mL de vinaigre à 1,0 mol/L, il faut 0,020 mol × 84,0 g/mol = 1,68 g de bicarbonate.
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