Comprendre la notion de mol et son lien avec le coefficient stoechiométrique

[Matt1627]

Bonjour, je sais comment remplir un tableau d'avancement mais je n'ai jamais compris le lien entre mol et coefficient stœchiométrique. Si on prend par exemple au hasard la réaction supposée totale suivante et que l'on s'intéresse qu'aux réactifs:



Si je ne me trompe pas, on peut dire qu'il y a au départ 2 moles de CH₄ et je ne comprends pas le lien avec les 0,4 mol qu'on lui associe. Pareil pour l'eau. Ensuite, je ne comprends pas non plus le raisonnement pour le calcul des quantités de matière à l'état final. Je sais que vu que la réaction est totale, il y a forcément un réactif limitant dont sa quantité de matière finale va être nulle mais pourquoi tient-on compte du coefficient stœchiométrique dans le calcul final ? J'ai réussi jusque-là à quand-même pouvoir faire les calculs avec un tableau d'avancement car je connais le cours et les méthodes de base mais j'aimerais comprendre un peu mieux d'où ça sort et voir les liens. Quelqu'un saurait-il m'expliquer simplement les raisonnements ?

Merci d'avance à toute personne m'accordant un peu de son temps.
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[Kemiste]

Bonjour,

Il n'y a pas de lien direct entre le coefficient stœchiométrique d'une réaction et la quantité de matière.

Le coefficient stœchiométrique indique le nombre de molécules qui doivent réagir afin d'obtenir le produit voulu. Si on prend ton exemple, les coefficients stœchiométriques indique que 2 molécules de CH₄ réagissent avec 3 molécules de H₂O. Cela ne signifie pas qu'il y a 2 moles de CH₄ et 3 moles de H₂O. La réaction sera toujours vraie peu importe les quantités de réactifs initiaux.

Le nombre de mole c'est la quantité d'une substance, elle est indépendante d'une réaction (et même sans réaction la quantité d'une substance peut se donner en mol). Ici tu es parti d'une quantité de 0.4 mol de CH₄ et 0.3 mol de H₂O. Il est est de même avec les masses et les volumes. Si tu prends 1 L d'eau tu auras toujours 1 L d'eau selon la réaction chimique.

Pour ton tableau d'avancement, on sait qu'à chaque fois que 2 CH₄ vont disparaitre 3 H₂O vont aussi disparaitre. C'est ce qui signifient les "-2x" et "-3x" dans le tableau. La quantité de matière étant proportionnelle au nombre de molécules si tu as n mol d'un réactif au début au cours de la réaction tu auras "-2x" moles qui auront disparu. Si tu as 0.4 mol de CH₄ au début il restera à un temps t 0.4-2x mol de CH₄ et au même instant 0.3-3x mol d'eau car il y avait 0.3 mol au début. La réaction étant totale, c'est le premier réactif qui s'épuise qui met fin à la réaction. Il faut donc regarder lequel dès "0.4-2x" ou "0.3-3x" arrive à zéro en "premier". Tu résous donc les équation pour trouver la plus petite valeur de x pour qu'une des équations arrive à zéro.

Avec 0.4-2x = 0 on a x = 0.2 et avec 0.3-3x = 0 on a x = 0.1
Il n'y a que la valeur de 0.1 qui soit possible. Avec une valeur de 0.2 on aurait 0.3-3x = 0.3-0.6 = -0.3, ce qui n'est pas possible car on ne peut pas avoir une quantité de matière négative.

Pour résumer, les coefficients stœchiométriques ne sont liés qu'à une réaction en particulier et représente des proportions en réactifs et produits alors que les moles sont les quantités d'une substance.

[Matt1627]

D'accord, c'est plus clair dans ma tête, merci beaucoup pour votre réponse.

[Matt1627]

les coefficients stœchiométriques indique que 2 molécules de CH4 réagissent avec 3 molécules de H2O. Cela ne signifie pas qu'il y a 2 moles de CH4 et 3 moles de H2O.

C'est donc un abus de langage quand on peut lire parfois qu'il y a "2 moles de CH₄ et 3 moles d'H₂O" ? Le "moles" veut dire molécules dans cet exemple et parfois juste atomes ? C'est pour cette raison que je suis perturbé car quand je lis qu'il y a 2 moles de CH₄ et que par exemple il est écrit dans le tableau d'avancement que n(CH₄)=0,4 mol, je n'arrive pas à distinguer les deux. Ainsi, du coup "moles" et "mol" n'ont pas vraiment la même signification ?

(Excusez-moi si je pose beaucoup de questions qui peuvent paraitre triviales mais j'essaie de définitivement lever mon quiproquo.)

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

on peut lire parfois qu'il y a "2 moles de CH₄ et 3 moles d'H₂O" ?

Où avez-vous lu cela (le 2 étant le coeff. stoechio.) ?

[Matt1627]

Pour la réaction suivante par exemple: 2HI=I₂ + H₂. L'énoncé dit ensuite qu'il y a 2 moles de iodure d'hydrogène, 1 mole de dihydrogène et de diode. Les quantités de matière correspondant dans le même temps aux coefficients stœchiométriques, j'ai confondu les 2 non ?

[gts2]

J'ai confondu les 2 non ?

Oui, je pense.
Les données initiales sont telles que le calcul du produit de réaction conduise à une expression simple.

[Matt1627]

D'accord, je vous remercie.

[Kemiste]

C'est donc un abus de langage quand on peut lire parfois qu'il y a "2 moles de CH₄ et 3 moles d'H₂O" ? Le "moles" veut dire molécules dans cet exemple et parfois juste atomes ? C'est pour cette raison que je suis perturbé car quand je lis qu'il y a 2 moles de CH₄ et que par exemple il est écrit dans le tableau d'avancement que n(CH₄)=0,4 mol, je n'arrive pas à distinguer les deux.

Attention, ce n'est pas vraiment ce qu'on dit. On dit que pour 2 moles de CH₄ il faut 3 moles d'H₂O. C'est de la proportionnalité. Cela marche avec 2 mmol pour 3 mmol, 1 mmol pour 1.5 mmol... (on garde le ratio de 2 pour 3). Si les coefficients stœchiométriques représentaient les quantités de matière initiale, cela voudrait dire que les réactions ne marcheraient que pour une quantité précises de réactifs, ce qui n'est pas le cas.

Une mole c'est un paquet d'objets. Donc cela peut se référer à une molécule, un atome, un ion...

Ainsi, du coup "moles" et "mol" n'ont pas vraiment la même signification ?

mol est juste l'abréviation de mole, comme km l'est pour kilomètre.

[Matt1627]

D'accord, merci beaucoup pour vos précisions supplémentaires.