Plan de leçon | Plan de leçon Tradisional | Stœchiométrie : Limite et Excès

Objectifs

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette séquence a pour objectif de préparer les élèves à saisir que, dans une réaction chimique, les réactifs ne sont pas toujours présents selon des proportions stœchiométriques exactes. Cette compréhension est essentielle pour identifier le réactif limitant ainsi que les réactifs en excès, compétences indispensables pour aborder la stœchiométrie et résoudre des problèmes concrets en chimie.

Objectifs Utama:

1. Comprendre que les quantités de réactifs ne sont pas toujours en proportions stœchiométriques.

2. Savoir identifier le réactif limitant dans une réaction chimique.

3. Déterminer les réactifs en excès et calculer la quantité restante après réaction.

Introduction

Durée: (10 - 15 minutes)

Cette étape vise à faire comprendre aux élèves que les quantités de réactifs dans une réaction chimique ne correspondent pas toujours à des proportions stœchiométriques idéales. Ils apprendront ainsi à repérer le réactif limitant et les excès, compétences clés pour aborder la stœchiométrie et résoudre des problèmes pratiques en chimie.

Le saviez-vous ?

Saviez-vous que dans une chaîne de montage automobile, l’assemblage d’un véhicule peut être stoppé si une seule pièce essentielle fait défaut ? De la même manière, dans une réaction chimique, l’absence d’un réactif peut empêcher la réaction de se dérouler complètement. Ce réactif manquant est appelé « réactif limitant ». L’identifier est crucial dans l’industrie pour économiser des coûts en minimisant le gaspillage et en optimisant la production.

Contextualisation

Pour démarrer cette leçon sur la stœchiométrie en mettant l'accent sur les réactifs limitants et ceux en excès, il est important de rappeler aux élèves l'importance des réactions chimiques dans notre quotidien. Expliquez-leur qu’en de nombreux cas, que ce soit dans l’industrie pharmaceutique, la production alimentaire ou même dans les processus biologiques, les réactions ne se déroulent pas toujours avec des réactifs présents en quantités parfaites. Savoir calculer le réactif limitant et déterminer les excès permet d’optimiser les procédés, de réduire les déchets et de mieux comprendre les phénomènes naturels.

Concepts

Durée: (40 - 50 minutes)

Cette phase de la leçon vise à offrir une compréhension détaillée et pratique de l’identification du réactif limitant et des réactifs en excès dans une réaction chimique. À travers des explications claires, des exemples concrets et des exercices, les élèves seront en mesure d’appliquer les concepts pour résoudre des problèmes stœchiométriques, renforçant ainsi leur maîtrise et les préparant à des applications ultérieures.

Sujets pertinents

1. Revue des notions de base en stœchiométrie : Expliquez ce qu’est la stœchiométrie, l’importance des rapports molaire ainsi que la manière d’équilibrer une équation chimique.

2. Réactif limitant : Définissez ce concept et soulignez son importance dans la réussite d’une réaction. Utilisez des exemples simples pour montrer comment reconnaître le réactif limitant.

3. Réactifs en excès : Expliquez le rôle des réactifs en excès et comment les identifier. Montrez ensuite comment calculer la quantité de réactif qui reste après la réaction.

4. Étapes pour identifier le réactif limitant et les excès : Détaillez les démarches à suivre : équilibrer l’équation, calculer les quantités molaires des réactifs, comparer les rapports et identifier celui qui limite la réaction.

5. Exemples concrets : Proposez des exemples pratiques et résolvez quelques exercices au tableau, en guidant les élèves pas à pas. Présentez différents types de réactions pour illustrer l’application des concepts dans divers contextes.

6. Applications pratiques : Discutez brièvement de l’utilisation du concept de réactif limitant et de réactifs en excès dans l’industrie et dans la vie quotidienne. Mettez en avant l’importance d’optimiser les processus pour éviter le gaspillage et améliorer l’efficacité.

Pour renforcer l'apprentissage

1. Étant donné la réaction chimique équilibrée : N₂ + 3H₂ → 2NH₃, si vous disposez de 5 moles de N₂ et de 10 moles de H₂, quel est le réactif limitant et quelle quantité de NH₃ sera produite ?

2. Dans une réaction entre 4 moles de A et 5 moles de B pour former 2 moles de C (A₂ + 3B → C + 2D), si vous partez de 8 moles de A₂ et 15 moles de B, quel est le réactif limitant et combien de C sera formé ?

3. Considérant la réaction suivante : 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃, si l’on commence avec 3 moles d’Al et 4 moles de Cl₂, quel réactif est en excès et quelle quantité restera après la réaction ?

Retour

Durée: (20 - 25 minutes)

Cette étape de feedback vise à vérifier que les élèves ont bien assimilé les concepts des réactifs limitants et des réactifs en excès. Par le biais d’une discussion détaillée, ils auront l’occasion de partager leurs réponses, d’échanger sur les explications et de faire le lien entre la théorie et ses applications pratiques, renforçant ainsi leur apprentissage.

Diskusi Concepts

1. Question 1 : Étant donné la réaction équilibrée N₂ + 3H₂ → 2NH₃, si vous avez 5 moles de N₂ et 10 moles de H₂, quel est le réactif limitant et combien de NH₃ sera formé ? Explication : Commencez par vérifier que l’équation est équilibrée. Ensuite, calculez la quantité de produit pouvant être formée à partir de chaque réactif. Pour N₂ : 5 moles N₂ × (2 moles NH₃ / 1 mole N₂) = 10 moles NH₃. Pour H₂ : 10 moles H₂ × (2 moles NH₃ / 3 moles H₂) = 6,67 moles NH₃. Puisque 6,67 moles est inférieur à 10 moles, H₂ est le réactif limitant, donnant ainsi 6,67 moles de NH₃. 2. Question 2 : Pour une réaction entre 4 moles de A et 5 moles de B formant 2 moles de C (A₂ + 3B → C + 2D), si l’on débute avec 8 moles de A₂ et 15 moles de B, quel est le réactif limitant et quelle quantité de C est produite ? Explication : Vérifiez d’abord que l’équation est équilibrée. Calculez ensuite la production de C à partir de chaque réactif. Pour A₂ : 8 moles A₂ × (1 mole C / 4 moles A₂) = 2 moles C. Pour B : 15 moles B × (1 mole C / 5 moles B) = 3 moles C. Ici, A₂ limite la réaction, puisqu’elle permet de produire seulement 2 moles de C. 3. Question 3 : Pour la réaction 2Al + 3Cl₂ → 2AlCl₃, si l’on part de 3 moles d’Al et 4 moles de Cl₂, quel est le réactif en excès et quelle quantité restera-t-il après la réaction ? Explication : Après avoir constaté que l’équation est équilibrée, calculez la quantité de Cl₂ nécessaire pour réagir avec l’Al. Pour 3 moles d’Al, il faudrait 4,5 moles de Cl₂ (3 moles d’Al × 3 moles Cl₂ / 2 moles d’Al). Comme il n’y a que 4 moles de Cl₂, ce dernier est le réactif limitant. Après réaction, 3 moles d’Al donneront 3 moles d’AlCl₃. Pour déterminer l’excès d’Al, calculez la quantité utilisé : 4 moles de Cl₂ correspondent à 2,67 moles d’Al (4 moles Cl₂ × (2 moles Al / 3 moles Cl₂)). Il reste donc environ 0,33 mole d’Al non réagit.

Engager les étudiants

1. 📋 Demandez aux élèves : D’après ces explications, pourquoi est-il fondamental d’identifier le réactif limitant dans les procédés industriels ? 2. 📝 Incitez les élèves à réfléchir : En quoi l’identification du réactif limitant peut-elle contribuer à la durabilité et à la diminution des déchets ? 3. 🔍 Question : Pouvez-vous donner des exemples concrets issus du quotidien, comme en cuisine, où le principe du réactif limitant entre en jeu ? 4. 🤠 Mettez au défi les élèves : Imaginez que vous ayez une quantité illimitée d’un réactif, comment cela influencerait-il la formation du produit dans une réaction chimique ?

Conclusion

Durée: (10 - 15 minutes)

L’objectif de cette conclusion est de récapituler les points essentiels abordés au cours de la séance, de renforcer la compréhension des élèves et de mettre en lumière la pertinence pratique des concepts enseignés dans la vie de tous les jours ainsi que dans divers secteurs industriels.

Résumé

['Rappel des notions fondamentales de la stœchiométrie dans les réactions chimiques.', 'Compréhension du concept de réactif limitant et de sa détermination.', 'Explication sur les réactifs en excès et leur calcul.', 'Détail des étapes pour identifier le réactif limitant et les excès.', 'Mise en pratique à travers la résolution d’exercices.', 'Discussion sur les applications concrètes des concepts, tant dans l’industrie que dans la vie courante.']

Connexion

Cette leçon a su relier la théorie à la pratique grâce à des exemples détaillés et des exercices résolus au tableau, permettant aux élèves d’appréhender concrètement l’application des notions de réactifs limitants et en excès dans des contextes variés, tels que l’industrie pharmaceutique ou la production alimentaire.

Pertinence du thème

Le thème étudié revêt une grande importance au quotidien. En effet, maîtriser les concepts de réactifs limitants et en excès permet d’optimiser les procédés industriels, de réduire les déchets et d’améliorer l’efficacité. Par exemple, dans une chaîne de montage automobile, l’absence d’une pièce peut bloquer toute la production, de même, un manque de réactif peut empêcher une réaction chimique de se dérouler correctement. Cette connaissance aide à réaliser des économies de ressources et à promouvoir une production plus durable.