ère S Thème : Couleurs et imges TP n 6 Chimie Avncement d une réction chimique Chp.8 Notions et contenus Réction chimique réctif limitnt stœchiométrie notion d vncement Compétences eigiles Identifier le réctif limitnt, décrire quntittivement l étt finl d un système chimique. Interpréter en fonction des conditions initiles, l couleur à l étt finl d une solution siège d une réction chimique mettnt en jeu un réctif ou un produit coloré. Introduction Prolémtique du chpitre : prévoir les quntités de mtière des réctifs et des produits lorsque l trnsformtion chimique s rrête, c est à dire prévoir quntittivement l étt finl du système chimique. I. Trnsformtion et réction chimique Lors d une trnsformtion chimique, un système chimique évolue d un étt initil à un étt finl (l trnsformtion chimique s rrête). De nouvelles espèces chimique pprissent lors de l étt finl : ce sont les produits, tndis que d utres espèces chimiques sont consommées (leur quntité de mtière diminue) : ce sont les réctifs. Une trnsformtion chimique est décrite pr une réction chimique qui ne prend en compte que les réctifs et les produits et qui est modélisée pr une éqution chimique : réctif + réctif 2 produit + produit 2 Lors d une réction chimique, il y conservtion des éléments chimiques, des chrges électriques, de l msse mis il n y ps conservtion des quntités de mtière. ) Eemple : Equilirer l comustion du méthne :... CH 4 (g) +. O 2 (g). CO 2 (g) +. H 2 O (g) 2) Comment décrire pr une phrse ce qu il se psse lors de l réction chimique? mol de méthne régit vec. mol de dioygène pour donner. mol de dioyde de crone et. mol d eu 4 mol de méthne régit vec. mol de dioygène pour donner. mol de dioyde de crone et. mol d eu Les reltions de proportionnlité qui eistent entre les quntités de mtière de réctifs et de produits s ppelle stœchiométrie d une réction chimique. Eercice : Un morceu de crone est rûlé dns un flcon de dioygène O 2 gzeu : il y formtion de dioyde de crone sous forme gzeuse (T = 300 K ; P = tm) ) Décrire le système à l étt initil. Nommer les réctifs.. ) Y -t-il eu trnsformtion chimique? Nommer le produit de l réction. c) Ecrire l éqution de l réction :...... II. Détermintion de l étt finl d un système chimique L ojectif de ce chpitre est de prévoir les quntités de mtière des réctifs et des produits lorsque l trnsformtion chimique s rrête.. L vncement On suit l évolution d une réction chimique grâce à une grndeur ppelée vncement, notée et dont l unité est l mole. Définition : l vncement d une réction chimique est égl à l quntité de mtière pprue d un produit qund le coefficient stœchiométrique est égl à. C est ussi l quntité de mtière de réctif consommé qund le coefficient stœchiométrique est égl à. A l étt initil, l trnsformtion chimique n ps commencé, l vncement est donc égl à 0 : = 0. A l étt finl, l trnsformtion chimique est rrêtée, l vncement tteint s vleur mimle : = m. Trnsition : Pour pouvoir clculer les quntités de mtière à l étt finl, il fut tout d ord prévoir qund v s rrêter l réction chimique. 03/02/205 C08_vncement_ctivites.doc /6
2. Qund ur-t-on tteint l vncement miml? Ou reformulé utrement : qund s rrêter l trnsformtion chimique? Lorsqu un des deu réctifs ser totlement consommé (= ser épuisé), ce réctif est ppelé réctif limitnt. L utre réctif est en ecès. Lorsque les deu réctifs sont totlement consommés, on dit dns ce cs que les réctifs ont été introduits en proportions stœchiométriques. L vncement miml d une trnsformtion chimique dépend donc des quntités initiles des réctifs. III. Comment déterminer le réctif limitnt, l vncement miml et les quntités de mtière à l étt finl?. Comment déterminer l vleur de m à prtir du tleu d évolution?.. Prendre un nomre létoire entier entre et 0 pour l quntité initile de mol de CH 4 : n i (CH 4 ) =... mol.2. Prendre un nomre létoire entier entre et 0 pour l quntité initile de mol de O 2 : n i (O 2 ) =... mol.3. Compléter le tleu d évolution ci-dessous éqution de l réction chimique... CH 4 (g) +... O 2 (g). CO 2 (g) +. H 2 O (g) Ett du système Avncement Quntité de mtière (en mol) Ett initil = 0 n i (CH 4 ) =... n i (O 2 ) =... 0 0 0 m 0 + Ett finl m =... 0 + m............ Fire vérifier votre tleu pr le professeur On fit deu hypothèses puis on sélectionne celle qui est l onne..4. Hypothèse : si CH 4 est le réctif limitnt lors il est totlement consommé (on ur 0 moles à l étt finl), donc....5. Hypothèse 2 : si O 2 est le réctif limitnt lors il est totlement consommé, donc....6. On choisit mintennt l hypothèse qui nous donne le plus petit vncement miml donc m =. mol. Donc c est l hypothèse qui est l onne, le réctif limitnt est donc... et l vncement miml est.7. égl à... mol. n Quntités de mtière à l étt 0 finl : n f (CH 4 ) =. mol ; n f (O 2 ) =... mol ; n f (CO 2 ) =... mol ; n f (H 2 O) =... mol 2. Comment déterminer l vleur de m pr une méthode grphique? On représente sur un grphique, 9 8 7 6 l évolution des quntités de mtière des réctifs et des produits en 5 fonction de l vncement. 2.. Reprendre le tleu d évolution précédent et représenter n(ch 4 ) ; n(o 2 ) ; n f (CO 2 ); n f (H 2 O) en fonction de sur le grphique cicontre. Voir ligne 4 du tleu. 4 3 2 Fire vérifier votre grphique pr le professeur 0 2 3 4 5 6 7 8 9 0 03/02/205 C08_vncement_ctivites.doc 2/6
2.2. Comment svoir quel est le réctif limitnt sur le grphe? 2.3. Comment svoir quel est l vncement miml m à prtir de ce grphe? 2.4. Comment reconnitre un réctif sur ce grphe? 2.5. Comment reconnitre un produit sur ce grphe? 3. Comment déterminer l vleur de m à prtir de l stœchiométrie de l éqution? Eemple de l comustion du propne C 3 H 8 : C 3 H 8 + 5 O 2 3 CO 2 + 4 H 2 O 3.. Proportions stœchiométriques Pour être dns les proportions stœchiométriques, il fut initilement 5 fois plus de O 2 que de C 3 H 8 Soit n i (O 2 ) =5 n i (C 3 H 8 ) ou n i(o 2 ) 5 = n i(c 3 H 8 ) ; dns ce cs, m = n i(o 2 ) 5 = n i(c 3 H 8 ) 3.2. Cs d un réctif en ecès et d un réctif limitnt 3.2. Prendre un nomre létoire entier entre 5 et 5 pour l quntité initile de C 3 H 8 : n i (C 3 H 8 ) =... mol 3.2.2 Prendre un nomre létoire entier entre 5 et 5 pour l quntité initile de O 2 : n i (O 2 ) =... mol 3.2.3 Clculer n i(c 3 H 8 ) =... ; n i(o 2 ) 5 =... 3.2.4 En déduire l vleur de m =... 3.2.5 Quel est le réctif limitnt?... ; Le réctif en ecès?... 4. Générlistion Soit l éqution de l réction chimique : A + B d D + e E où A et B sont les réctifs ; D et E sont les produits ;,, d et e sont les coefficients stœchiométriques 4.. A prtir du tleu d évolution éqution de l réction chimique A + B d D + e E Ett du système Avncement Quntité de mtière (en mol) Ett initil = 0 n i (A) n i (B) 0 0 0 m n i (A) - n i (B) - d e Ett finl m n i (A) - m n i (B) - m d m e m Hypothèse : si A est le réctif limitnt, lors A est totlement consommé donc n i (A) - m = 0 ; m = n i(a) Hypothèse 2 : si B est le réctif limitnt, lors B est totlement consommé donc n i (B) - m = 0 ; m = n i(b) On choisit l plus petite de vleurs de m. Si m l même vleur pour les deu hypothèses, lors les réctifs sont introduits en proportions stœchiométriques. m = n i(a) = n i(b) 4.2. A prtir de l stœchiométrie de l éqution Il fut clculer n i(a) et n i(b) puis comprer les vleurs. Si n i(a) Si n i(a) Si n i(a) > n i(b) < n i(b) = n i(b) lors le réctif A est en ecès et le réctif B est limitnt : m = n i(b) lors le réctif A est limitnt et le réctif B est en ecès : m = n i(a) lors les réctifs sont introduits en proportions stœchiométriques : m = n i(a) Souvent, les quntités de mtière des réctifs ne sont ps données : il fut les clculer. Il est même demndé, à l fin de l eercice, de clculer des msses ou des concentrtions des espèces chimiques restntes. = n i(b) 03/02/205 C08_vncement_ctivites.doc 3/6
IV. Eercices. Comustion de l éthnol L éthnol, de formule rute C 2 H 6 O, liquide incolore et inflmmle, rûle dns le dioygène gzeu. Il se forme lors du dioyde de crone et de l eu liquide. On fit régir une msse m i,e = 2,50 g d éthnol et une msse m i,d = 2,50 g de dioygène. Données : M(C) = 2,0 g.mol - ; M(H) =,0 g.mol - ; M(O) = 6,0 g.mol -.. Ecrire et équilirer l éqution de l réction :.......2. Clculer les quntités de mtière initiles d éthnol n i,e et de dioygène n i,d..3. Compléter le tleu d évolution ci-dessous éqution-iln Ett initil = 0 Ett finl = m.4. Clculer l vncement miml m et déterminer le réctif limitnt..5. Décrire le système à l étt finl (quntités de mtière).6. Déterminer l msse du réctif restnt. 2. Formtion d rgent On plonge de l tournure de cuivre de msse m = 0,0 g dns un volume V = 500,0 ml d une solution de nitrte d rgent contennt des ions rgent (I) Ag + (q) et des ions nitrte NO 3 - (q) telles que [Ag + (q)] = [NO 3 - (q) ] = 0,0 mol.l -. L solution initilement incolore devient leue et un dépôt d rgent se forme. Les ions nitrte n interviennent ps dns l réction. Données : M(Ag) = 08 g.mol - ; M(Cu) = 63,5 g.mol - 2.. Quelle est l origine de l colortion prisse pr l solution? 2.2. Ecrire et équilirer l éqution de l réction :...... 2.3. Clculer les quntités de mtière initiles 2.4. Compléter le tleu d évolution ci-dessous éqution-iln Ett initil = 0 Ett finl = m 2.5. Clculer l vncement miml m et déterminer le réctif limitnt. 03/02/205 C08_vncement_ctivites.doc 4/6
2.6. Décrire le système à l étt finl (quntités de mtière) 2.7. Déterminer, à l étt finl, les concentrtions molires des ions en solution et l (les) msse(s) du solide(s) présent(s). 3. Alumine L luminium Al régit vec le dioygène de l ir et se recouvre lors d une fine couche d lumine de formule rute Al 2 O 3. On recueille une msse d lumine de 3,6 g. Données : M(O) = 6,0 g.mol - ; M(Al) = 27,0 g.mol - 3.. Ecrire et équilirer l éqution de l réction :...... 3.2. Compléter le tleu d évolution ci-dessous éqution-iln Ett initil = 0 Ett finl = m 3.3. Clculer l vncement miml m. 3.4. Déterminer les quntités de mtière d luminium et de dioygène consommés lors de l réction. 3.5. Déterminer les msses correspondntes 4. Propulsion de l fusée Arine Le er étge de fusée Arine est équipé de moteur qui utilisent l diméthylhydrzine (DMHA), de formule rute C 2 H 8 N 2, comme comustile, et le tétroyde de dizote, de formule rute N 2 O 4, comme crurnt. Ces espèces chimiques régissent entre elles à l étt gzeu. Les produits de cette réction sont du dizote, de l eu et du dioyde de crone, tous à l étt gzeu. L fusée emporte une msse de 50,0 tonnes de DMHA et une msse m de N 2 O 4. L éqution de l réction est : C 2 H 8 N 2 + 2 N 2 O 4 3 N 2 + 4 H 2 O + 2 CO 2 Données : M(C) = 2,0 g.mol - ; M(H) =,0 g.mol - ; M(O) = 6,0 g.mol - ; M(N) = 4,0 g.mol - ; 4.. Clculer l msse molire de DMHA. M(DMHA) = 4.2. Clculer l quntité de mtière initile de DMHA. 4.3. Compléter le tleu d évolution ci-dessous éqution-iln Ett initil = 0 Ett finl = m 4.4. Pour que le mélnge soit stœchiométrique, clculer l quntité de mtière initile de N 2 O 4. 03/02/205 C08_vncement_ctivites.doc 5/6
5. Prolème : Décomposition d un solide pr chuffge Données : M(N) = 23,0 g.mol - ; M(C) = 2,0 g.mol - ; M(H) =,0 g.mol - ; M(O) = 6,0 g.mol - L hydrogénocronte de sodium, NHCO 3 (s), est un solide lnc. Pr chuffge il se décompose selon l éqution : 2 NHCO 3 (s) N 2 O (s) + 2 CO 2 (g) + H 2 O (l) Une msse initile m = 2,2 g d hydrogénocronte de sodium est totlement décomposée pr chuffge. Clculer l msse m d oyde de sodium formée. Détiller votre risonnement. éqution-iln Ett initil = 0 Ett finl = m 03/02/205 C08_vncement_ctivites.doc 6/6