Calculer le rendement théorique et le rendement en pourcentage
Comprendre le Rendement d'une Réaction Chimique
En chimie, lors d'une synthèse, la quantité de produit réellement obtenue en laboratoire (le rendement réel ou expérimental) est souvent inférieure à la quantité maximale que l'on pourrait obtenir en théorie. Cette quantité maximale, appelée rendement théorique, est déterminée par le réactif limitant, c'est-à-dire le réactif qui sera entièrement consommé en premier et qui arrêtera la réaction. Le rendement en pourcentage compare ces deux valeurs et est un indicateur clé de l'efficacité d'une réaction chimique.
Données de l'étude
- Masse d'acide salicylique : \(m_{SA} = 5.00 \text{ g}\)
- Volume d'anhydride acétique : \(V_{AA} = 7.0 \text{ mL}\)
- Après réaction, purification et séchage, la masse d'aspirine obtenue est de \(m_{\text{exp}} = 5.80 \text{ g}\).
| Composé | Formule | Masse Molaire (g/mol) | Densité (g/mL) |
|---|---|---|---|
| Acide Salicylique (SA) | \(\text{C}_7\text{H}_6\text{O}_3\) | 138.12 | - |
| Anhydride Acétique (AA) | \(\text{C}_4\text{H}_6\text{O}_3\) | 102.09 | 1.08 |
| Aspirine (ASA) | \(\text{C}_9\text{H}_8\text{O}_4\) | 180.16 | - |
Schéma de la Synthèse de l'Aspirine
Questions à traiter
- Écrire l'équation chimique équilibrée de la réaction de synthèse de l'aspirine.
- Déterminer quel est le réactif limitant.
- Calculer le rendement théorique en aspirine (en grammes).
- Calculer le rendement en pourcentage de la réaction.
- Citer au moins deux raisons pour lesquelles le rendement réel est souvent inférieur au rendement théorique dans une synthèse chimique.
- Calculer la masse du réactif en excès qui reste à la fin de la réaction.
Correction : Calculer le rendement théorique et le rendement en pourcentage
Question 1 : Équation de la réaction
Principe :
L'équation doit représenter la transformation des réactifs en produits tout en respectant la conservation de la matière (mêmes nombres d'atomes de chaque élément des deux côtés).
Équation équilibrée :
La stœchiométrie de la réaction est de 1:1:1:1. L'équation est déjà équilibrée.
Question 2 : Détermination du réactif limitant
Principe :
Le réactif limitant est celui qui sera entièrement consommé en premier. Pour le trouver, on calcule le nombre de moles de chaque réactif initialement présent, puis on compare leur rapport au rapport stœchiométrique de la réaction (ici, 1:1).
Calcul des quantités de matière initiales :
1. Nombre de moles d'acide salicylique (SA) :
2. Masse puis nombre de moles d'anhydride acétique (AA) :
Comparaison et conclusion :
La stœchiométrie est de 1 mole de SA pour 1 mole d'AA. Nous avons 0.03620 mol de SA. Il nous faudrait donc 0.03620 mol d'AA pour que tout le SA réagisse. Or, nous avons 0.07405 mol d'AA, ce qui est supérieur.
Conclusion : L'acide salicylique sera consommé en premier.
Question 3 : Calcul du rendement théorique
Principe :
Le rendement théorique est la quantité maximale de produit qui peut être formée, calculée à partir de la quantité de réactif limitant.
Calcul :
1. Quantité de matière théorique d'aspirine (ASA) :
D'après la stœchiométrie 1:1, le nombre de moles d'aspirine formées est égal au nombre de moles d'acide salicylique (le limitant) consommées.
2. Masse théorique d'aspirine :
Question 4 : Calcul du rendement en pourcentage
Principe :
Le rendement en pourcentage compare la masse de produit réellement obtenue (rendement réel) à la masse maximale possible (rendement théorique).
Formule et calcul :
Question 5 : Raisons d'un rendement inférieur à 100%
Principe :
Dans la pratique, de nombreux facteurs peuvent empêcher d'atteindre le rendement théorique parfait.
Raisons possibles :
- Réactions incomplètes : De nombreuses réactions chimiques sont des équilibres, ce qui signifie qu'elles n'atteignent jamais 100% de conversion des réactifs en produits.
- Réactions secondaires (ou parasites) : Les réactifs peuvent parfois réagir pour former des produits inattendus et non désirés, consommant une partie des réactifs.
- Pertes lors des manipulations : Une partie du produit peut être perdue lors des étapes de purification, comme la filtration, la recristallisation, ou lors des transferts entre contenants.
- Pureté des réactifs : Si les réactifs de départ ne sont pas purs à 100%, la quantité de matière active est plus faible que celle calculée, menant à un rendement plus faible.
Question 6 : Masse de réactif en excès restante
Principe :
La quantité de réactif en excès qui réagit est égale à la quantité stœchiométrique nécessaire pour réagir avec tout le réactif limitant. La masse restante est la différence entre la masse initiale et la masse consommée.
Calcul :
1. Quantité de matière d'anhydride acétique (AA) consommée :
2. Quantité de matière d'AA restante :
3. Masse d'AA restante :
Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)
8. Le réactif limitant dans une réaction chimique est celui qui :
9. Le rendement théorique d'une réaction dépend directement :
10. Si un chimiste obtient un rendement en pourcentage de 110%, quelle est la conclusion la plus probable ?
Glossaire
- Stœchiométrie
- Étude des proportions quantitatives dans lesquelles les substances chimiques réagissent entre elles.
- Réactif Limitant
- Réactif qui est complètement consommé dans une réaction chimique et qui détermine la quantité maximale de produit pouvant être formé.
- Réactif en Excès
- Réactif présent en plus grande quantité que nécessaire pour réagir avec tout le réactif limitant. Il en reste à la fin de la réaction.
- Rendement Théorique
- Quantité maximale de produit qui pourrait être obtenue à partir des quantités de réactifs de départ, en supposant que la réaction est totale et sans pertes.
- Rendement Réel (ou Expérimental)
- Quantité de produit réellement obtenue et isolée à la fin d'une expérience chimique.
- Rendement en Pourcentage
- Rapport du rendement réel sur le rendement théorique, multiplié par 100. C'est une mesure de l'efficacité de la synthèse.
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