Chapitre 3C : SUIVI D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE AVANCEMENT DE LA REACTION Un système chimique peut être le siège de transformations chimiques qui peuvent être modélisées par une équation de réaction. On s attache dans ce chapitre à décrire l évolution, au cours de cette transformation, des quantités de matière. On utilisera pour cela la notion d avancement de la réaction. I) Evolution d un système chimique 1) Le système chimique Un système chimique est constitué initialement d espèces chimiques susceptibles de réagir ensemble. Sa composition évolue au cours de la transformation. 2) La transformation chimique Lorsqu on met en contact les espèces chimiques constituant le système, certaines seront consommées ( ) et des nouvelles seront formées ( ). Le système évolue en passant d un à une infinité d états intermédiaires pour finir dans un, lorsque la réaction est. Les espèces chimiques présentes à l état initial et qui ne subissent aucune transformation chimique sont dites Schématisation de la transformation : (T ; P) (T ; P) A (état) : n A mol B (état) : n B mol C (état) : n C mol D (état) : n D mol 3) Modélisation de la réaction chimique C est l équation chimique qui permet de symboliser la réaction chimique. II) Comment suivre l évolution de la réaction? 1) L avancement, outil de suivi de la réaction Pour suivre l évolution d un système chimique entre l état initial et l état final, on utilise un outil qui s appelle l avancement. L avancement est une quantité de matière, il se note x et son unité est la mole (mol). x est donc une valeur positive (car c est un nombre de mol, donc de la matière). L avancement permet de prévoir les quantités de matière d espèces consommées et formées. - 1/5 - MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
A l état initial, le système est créé, la transformation du système n a pas débuté, l avancement de la réaction est nul : x initial = 0 mol A l état final, le système a cessé d évoluer lorsque le réactif limitant a été totalement consommé. La transformation du système est achevée, et l avancement final de la réaction est maximal : x final = x maximal Lors d une transformation, l avancement de la réaction x croit et passe d une valeur nulle à une valeur maximale. 2) Le tableau d avancement Pour suivre l évolution de la composition du système au cours de la transformation chimique, on crée un tableau, que l on nomme un tableau d avancement. Equation : α A + β B γ C + δ D Etat du système : Avancement (en mol) : x i = 0 Etat intermédiaire x x f = x max Remarques : Très souvent, les quantités de matière initiales des produits ni(c) et ni(d) sont nulles! Sauf si le système contient des produits au départ (par exemple de l eau sera produite par la réaction et le solvant est assez souvent l eau!). La réaction va s arrêter par manque d un des réactifs, c est l état final, caractérisé par une valeur maximale de l avancement : x max = x final 3) Comment déterminer le réactif limitant? a) 1 ère méthode pour trouver Xmax : la résolution d équation Le réactif limitant est celui dont la quantité de matière s annule en premier. Pour l identifier, il faut calculer les valeurs de x qui annulent les quantités de matière des réactifs. La plus petite valeur de x permet d identifier le réactif limitant et de déterminer x max. ni(a)- α. x = 0 et ni(b)- β. x = 0-2/5 - MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
Exemple : On mélange une solution aqueuse de sulfate de cuivre de concentration molaire C A à une solution aqueuse d hydroxyde de sodium, de concentration molaire C B. La réaction de formation de l hydroxyde de cuivre est : _ Les coefficients stoechiométriques nous indique que lors de la transformation, quand d ions cuivre Cu 2+ et d ions hydroxyde OH - disparaissent, simultanément, d hydroxyde de cuivre Cu(OH) 2 se forme. L état initial est défini comme suit : n i (Cu 2+ ) = 2,0.10-3 mol et n i (HO - ) = 5,0.10-3 mol Compléter le tableau suivant (sauf la dernière ligne) Equation bilan de la réaction Etat du système Avancement mol de Cu 2+ mol de OH - mol de Cu(OH) 2 x initial = Etat intermédiaire au cours de la réaction X a une valeur quelconque x final = x maximal Déterminons la valeur de x max : Valeurs de x qui annulent les quantités de matière. - Ion Cu 2+ : - Ion HO - : donc la valeur maximale de l avancement sera : x max = et RL sera Compléter la dernière ligne du tableau précédent. Cas d un mélange stoechiométrique Pour un état initial particulier d un système, il existe un état final singulier pour lequel les réactifs sont tous totalement consommés. Cet état initial particulier correspond à un mélange des réactifs introduits dans des proportions de quantités de matière correspondant à celles des coefficients stoechiométriques de l équation de réaction. Ce sont les. Donc si à l état initial les réactifs sont introduits dans les proportions stoechiométriques, alors à l état final les quantités de matière des réactifs sont. - 3/5 - MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
Traiter ce dernier exemple : Equation bilan de la réaction 1 Cu 2+ (aq) + 2 OH - (aq) 1 Cu(OH) 2 (aq) Etat du système Avancement mol de Cu 2+ mol de OH - mol de Cu(OH) 2 Etat intermédiaire au cours de la réaction 2,0 x 10-3 4,0 x 10-3 b) 2 ème méthode pour trouver x max : la résolution graphique On trace pour les réactifs et les produits les droites d équations n = f(x). Exemple d une représentation des quantités de matière en fonction de l avancement. n i (A) n (en mol). n C = f(x) La 1 ère droite des réactifs interceptant l axe des réactifs donnera la valeur de Xmax et indiquera l arret de la réaction.. n A = f(x). n i (B). n D = f(x) Il suffit alors de prendre les ordonnées pour cette valeur de x max des autres droites pour connaître la composition de l état final.. n B = f(x). xmax x (en mol). n i (C) = n i (D)= 0-4/5 - MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910
Remarque : il existe quelques cas particuliers à signaler : Cas possible n 1 : Cas possible n 2 : - 5/5 - MARTIN Lycée Français de Djibouti 0910