Comment calculer le rendement d'une réaction chimique?

[invite73010eba]

Salut,
Alors j'ai un gros problème, quand j'étais en train de refaire des exercices de chimie pour me préparer à mes examens de fin d'année, je me suis rendue compte que je ne savais pas faire un calcul de rendement d'une réaction. Je suis donc allée voir dans mon cours pour voir comment on faisait et la seule explication que j'ai trouver était une suite de nombre et de lettre sans queue ni tête. Il n'y avait que ça car on n'a pas fait d'exercice. Les seuls exercices fait bah c'était chez nous après que la prof nous ai donné les réponses en nous disant : "Comme on n'a pas le temps d'en faire je vais vous laisser les faire chez vous".
J'ai donc demander à la prof qui m'a dit de me débrouiller et de réfléchir un peu. Je me suis donc retournée sur les sciences 7 (car je ne suis qu'en sciences 3) et aucun ne se souvient de comment on fait car ils ont vu ça il y a quelques mois déjà. J'ai donc chercher sur internet comment on faisait et aussi des exemples mais je n'y comprend trop trop rien...
En bref, je suis dans la merde pour mon examen de fin d'année car connaissant la prof pour l'avoir eu 4année de suite, elle en mettra. Donc, pouvez-vous m'aider en m'expliquant et en me donnant un exemple?

Merci d'avance
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[moco]

Les calculs de rendement sont la plupart du temps effectués en chimie organique. Imagine que tu prennes un produit organique quelconque A, et que tu le traites par des acides ou des oxydants, que sais-je, et qu'on utilise toujours en grand excès. Imagine que tu obtiennes à la fin un autre produit organique B. Admettons que, en principe, à partir de 1 mole de A, tu devrais obtenir 1 mole de B. Mais il y a souvent des réactions secondaires indésirables qui transforment une partie du produit A en autre chose. Ou parfois on perd une partie du produit qui s'évapore en route, ou qui s'oxyde. Résultat : à partir de 1 mole de A on obtient moins de 1 mole de B.

Le rendement de l'opération de transformation de A en B est le rapport entre le nombre de moles de B obtenu divisé par le nombre de moles de A. C'est un chiffre qui est en général inférieur à 100%.

[nlbmoi]

Avec les "mains", on peut déjà avoir une idée de ce que ça représente : le rendement est le rapport entre le résultat obtenu et les moyens mis en œuvre pour l'obtenir.
EN chimie, c'est donc plutot le rapport de la quantité produite sur la quantité maximum que l'on pourrait produire. Par exemple, on étudie la réaction A+B=C : le maximum de C que l'on puisse obtenir est égale à la quantité introduite en réactif limitant (si A est limitant, la quantité n_Cmax=n_Ainitial ; tu peux donc calculer le rapport entre n_{Créellement obtenu}/n_Cmax ; souvent à la suite d'une synthèse, on pèse le produit obtenu et le rendement est calculé d'après r=m_Cobtenue/m_Cmax comme tu connais la quantité n_Cmax (=n_Ainitial), tu peux trouver m_Cmax.

On peut généraliser ce résultat au cas d'une réaction avec des nombres stœchiométriques différents : tu dois donc trouver la relation entre la quantité maximale du produit qui t’intéresse par rapport à la quantité du réactif limitant.

Ce rendement est inférieur à 1 ; on préfère utiliser un pourcentage en multipliant par 100 les formules données

[invite73010eba]

Moco, merci de ta réponse rapide Mais j'avais compris ça, ce que je ne comprend pas, c'est les étapes que la prof utilise pour trouver le rendement (de 20%) depuis l'équations : N2 + 3H2 <=> 2NH3

Dans mon cours, j'ai ceci : (copie conforme de ce que la prof a mis au tableau)


Dans ce que je ne comprend pas, il y a comment la prof trouve le 0,4? Bon, dans ce cas-ci elle le donne dans "l'énoncé" mais dans le cas d'un énoncé où elle ne le donne pas, comment le trouve-t-on?
Le 17 aussi, il correspond à quoi? J'ai mis NM mais je ne pense pas que ce soit cela et je ne sais même pas à quoi cela correspond.


Et merci aussi à toi nlbmoi mais, ce que tu m'as dit est ce que j'ai trouver quasiment sur le net et je n'arrive pas vraiment à le comprendre car il y a "trop de blabla" si on peut dire ça comme ça, en fait, tant que je n'ai pas du concret, je ne m'y retrouve pas :/
De plus, j'ai vu plusieurs fois le mot "Limitant" que je retrouve dans ton explication... Hors la prof n'a jamais abordé ce mot...

[A voir en vidéo sur Futura]

[nlbmoi]

Limitant est le réactif qui va limiter l'évolution de la réaction car il sera épuisé : ds le cas A+B=C, si tu as n(A)>n(B) quand tu auras consommé dans ta réaction la quantité n(B) (tu auras donc formé une quantité n(C)=n(B), fais un tableau d'avancement pour t'en convaincre), il te restera du A mais comme tu n'as plus de B donc la réaction s'arrête.
Pour le déterminer ce réactif limitant, dans le cas plus complexe avec des nombres stoechimétriques, tu fais un tableau d'avancement, tu détermines l'avancement maximal pour chaque réactif : le réactif limitant sera celui dont l'avancement maximal sera le plus faible calculé pour les réactifs.

Ex de la synthèse de l'ammoniac.
N2 + 3 H2 = 2 NH3
t=0 0.1 0.25 0
t 0.1-x 0.25-3x 2x
t final 0.1-x(max) 0.25-3x(max) 2x(max)

si N2 est limitant alors 0.1-x(max)=0 (il ne reste plus de N2) donc x(max)=0.1 mol
si H2 est limitant alors 0.25-3x(max)=0 soit x(max)=0.25/3=0.083 mol
Comme le deuxième x(max) est plus faible, c'est lui qui est le réactif limitant (dans mon exemple H2) : si tu ne me crois pas
si N2 limitant x(max)=0.1 mol ; il reste donc (dernière ligne du tableau) une quantité de H2 0.25-3*x(max)=0.25-3*0.1=-0.05 qui est négatif ce qui est impossible !!!

Ensuite, pour le rendement, vu qu'on calcule par rapport à une quantité réellement produite, on te donnera forcément des données pour la calculer, tu ne peux pas l'inventer.
Si je fais le tableau d'avancement pour ton exo
N2 + 3 H2 = 2 NH3
1 3 0
à t 1-x 3-3x 2x
à t final 1-x(max) 3-3x(max) 2x(max)

pour calculer la quantité maximale e NH3 que l'on pourrait obtenir, tu trouves ici que les 2 réactifs sont limitants et la valeur de x(max)=1 mol ; tu devrais donc former 2x(max)=2 mol de NH3 ce qui correspond à une masse de NH3 m(NH3)=n(NH3)*M(NH3) d'où ton 17 !!!

[invite73010eba]

Je vais paraître bête mais, je n'ai toujours pas compris... J'ai l'impression que plus on essaye de m'expliquer plus c'est compliquer... Par exemple, outre les limitant, nous n'avons pas vu non plus les tableaux d'avancement...
Et oui je ne peux pas l'inventer mais par exemple ici elle donne le 0,4mol mais dans d'autres exercices elle donne des grammes et rien d'autre...

[nlbmoi]

Comme je l'ai dit dans le premier post, le rapport n(réel)/n(max) ou m(réelle)/m(max) vaut la même chose car tu as la relation n=m/M or pour le réel ou pour le max, tu as le même M donc ils se simplifient.
Si tu n'as pas vu les tableaux d'avancement, mon précédent post était inutile !!

[invite73010eba]

Je suis désolée franchement... J'ai l'impression de vous avoir fait perdre votre temps
Mais si vous n'arrivez pas à m'aider, ce n'est pas grave, je me débrouillerais...

[nlbmoi]

quelle(s) question(s) reste(nt) en suspens ?

[invite73010eba]

La question principale, comment on fait pour calculer le rendement... Comme je ne suis qu'en sciences 3 mon langage scientifique n'est pas très développé et j'ai l'impression que je pourrais comprendre si c'était en langage "simplifié"...
Mais au pire des cas, je pourrais essayer de me débrouiller pour trouver quelqu'un qui peu m'aider, je n'ai pas vraiment fait tout le tour de toutes les personnes possible (mais il y en a tellement)

[nlbmoi]

1) tu dois connaître soit la masse soit la quantité du produit que tu étudies ;
2) tu dois connaître la masse ou la quantité maximale du produit que l'on pourrait obtenir si la réaction était complète. Tu peux la calculer à l'aide de la formule suivante :
pour une réaction aA+bB=cC (a, b et c sont les coefs stoechiométriques des réactifs A et B et du produit C), tu as les quantités n(A) et n(B) au départ en A et B.
A la fin tu auras une quantité n(C) telle que n(A)/a=n(B)/b=n(C)/c tu peux donc trouver n(C).
Dans le cas de ton exo, N2 + 3H2 = 2NH3, tu as donc A=N2 ; a=1 ; B=H2 ; b=3 ; C=NH3 ; c=2
on te dit que l'on part de 1 mol de N2 donc n(A)=1 et de 3 moles de H2 donc n(B)=3
La formule que je te donne s'écrit donc 1/1=3/3=n(C)/2 d'où tu trouves n(C)=2 mol ce qui correspond donc à la quantité maximale de n(C).

Tu as donc le choix entre les 2 formules soit r=100*n(C)/n(Cmax) soit r=100*m(C)/m(Cmax) ; les 2 formules sont équivalentes.
dans ton exo, on te dit qu'on obtient une quantité n(C)=0.4 moles ; on a déterminé la quantité n(Cmax)=2 moles donc le rendement vaut 100*0.4/2=20 %
Dans ton exo, le calcul est fait avec les masses ; le calcul donné permet de "convertir" la quantité n(Cmax) en m(Cmax) : pour se faire, la relation entre les 2 est n=m/M où M est la masse molaire ce qui donne ici n(Cmax)=m(Cmax)/M(C). Comme C=NH3, tu as M=14+3*1=17 g/mol
donc pour la masse maximale que l'on peut obtenir en NH3 vaut n(Cmax)*M=2*17=34g
Dans l'exo, le prof est allé un peu vite mais la relation n=m/M est valable tout le temps donc y compris dans le calcul de la masse de C réellement formée : on te dit qu'on forme 0.4 mol de NH3, cela correspond donc à une masse de 0.4*17=6.8g
Tu peux donc calculer le rapport 100*6.8/34=20 %

Mais je te rappelle que le rendement peut être calculé avec les quantités de matière ou les masses, tout dépend de tes données : si on te donne une masse, tu utiliseras la formule avec les masses ; si on te donne une quantité de matière, tu utilises la formule avec les quantités de matière.

[invite73010eba]

Je te remercie, je pense commencer à comprendre tout ça
Et désolée de pas avoir compris tout de suite :/

[nlbmoi]

T inquiète pas, le plus dur est de savoir quelles sont les notions importantes connues ou pas des demandeurs!;!