Réactif limitant

Les quantités relatives de réactifs et de produits représentés dans une équation chimique équilibrée sont souvent appelées des quantités stœchiométriques. Cependant, en réalité, les réactifs ne sont pas toujours présents suivant les quantités stœchiométriques indiquées par l'équation équilibrée.

Dans une réaction chimique, le réactif qui est consommé en premier, et limite la quantité de produit formé, est le réactif limitant, tandis que l'autre substance devient le réactif en excès. Un excès d'un ou de plusieurs réactifs est souvent utilisé pour assurer la conversion complète de l'autre réactif en produit.

Considérons la réaction pour la formation de l'eau représentée par l'équation :

L'équation équilibrée montre la réaction de l'hydrogène et de l'oxygène dans un rapport stœchiométrique de 2:1. Si ces réactifs sont fournis en toute autre quantité, l'un des réactifs sera presque toujours entièrement consommé, limitant ainsi la quantité de produit pouvant être générée. Cette substance est le réactif limitant, et l'autre substance est le réactif en excès. L'identification des réactifs limitants et en excès pour une situation donnée nécessite de calculer les quantités molaires de chaque réactif fourni et de les comparer aux quantités stœchiométriques représentées dans l'équation chimique équilibrée.  

La stœchiométrie indique que deux moles d'hydrogène et une mole d'oxygène réagissent pour produire deux moles d'eau, c'est-à-dire que l'hydrogène et l'oxygène se combinent dans un rapport 2:1. Imaginez la présence de 5 moles d'hydrogène et de 2 moles d'oxygène. Le rapport des réactifs est maintenant de 5:2 (ou 2,5:1), ce qui est supérieur au rapport stœchiométrique de 2:1. L'hydrogène est donc présent en excès et l'oxygène est le réactif limitant. La réaction de tout l'oxygène fourni (2 mol) consommera 4 mol des 5 mol d'hydrogène fourni, laissant 1 mol d'hydrogène qui n'a pas réagi. Le calcul des quantités molaires de chaque réactif fourni et leur comparaison avec les quantités stœchiométriques représentées dans l'équation chimique équilibrée est un moyen d'identifier le réactif limitant et le réactif en excès.

Une autre approche consiste à calculer la quantité de produit formée en moles à partir de chaque réactif, selon la stœchiométrie de la réaction, puis à comparer les quantités. Le réactif qui produit une quantité moindre de moles du produit est le réactif limitant. Par exemple, la réaction complète de cinq moles d'hydrogène produirait :

De même, la réaction complète de deux moles d'oxygène donnerait :

L'oxygène produit moins de moles d'eau et, par conséquent, l'oxygène est le réactif limitant. L'oxygène sera complètement consommé une fois que 4 moles de H₂O auront été produites. La stœchiométrie entre l'hydrogène et l'oxygène étant de 2:1, quatre moles d'hydrogène sont nécessaires pour réagir avec deux moles d'oxygène.  

Ainsi, (5 mol H₂ − 4 mol H₂ = 1 mol H₂), il restera une mole d'hydrogène qui n'a pas réagi une fois cette réaction terminée.  

Ce texte est adapté de OpenStax, Chimie 2e, Section 4.4 : Rendement de la réaction.