Suivi d'une transformation chimique 1)Notion d'avancement 1.1)Etude de la combustion du méthane dans le dioxygène Questions : 1)Donnez la formule chimique du méthane 2)On suppose dans cet exercice que la combustion est complète. Quels sont les réctifs qui participent à cette réaction de combustion? Quels seront les produits de cette combustion? 3)Ecriver l'équation de cette réaction. 4)Etudions dans un premier temps cet exercice au niveau microscopique. A l'état initial t 0, le était composé de 3 molécules de méthane et de 10 molécules de dioxygène. On suppose qu'à l'instant t 1 une seule molécule seulement de méthane a pu réagir. Faites le bilan quantitatif des molécules présentes (réactifs et produits). 5)On suppose qu'à l'instant t 2 Les trois molécules de méthane ont pu réagir. Faites le bilan quantitatif des molécules présentes (réactifs et produits). En chimie pour étudier l'évolution d'un, on utilise un tableau d'avancement qui se présente ainsi : État initial X=0 0 0 transformation X=1 + État final X f =X max 0 + + +
Dans la pratique on ne compte pas les molécules unes à unes. On étudie les s en faisant le bilant des quantités de matière. On considère maintenant que notre initial était composé de 3 moles de méthane et de 10 moles de dioxygène. Le tableau d'avancement devient alors : État initial X=0 transformation X État final X f =X max Conclusion: 1.2) final et réactif limitant Dans l'exercice précédent nous avons vu qu'à l'état final il restait du dioxygène parmis les réactifs alors que tout le méthane s'est transformé lors de la réaction. Le tableau d'avancement permet de déterminer le premier des réactif qui vient à ''manquer''. État final X f =X max n f,ch4 = =3 - x max n f,o2 =10-2 x max Xmax 2Xmax Nous avons deux équations : Pour CH 4 à l'état final : Si O 2 disparaît en premier : Xmax doit donc satisfaire à ce de deux équations.
On en déduit donc que la première valeur dexmax qui satisfait le est Xmax=3mol Si on remplace Xmax par sa valeur dans le tableau on obtient : État final X f =3 Parmis les réactifs, la première espèce chimique à disparaître totalement est le méthane. On dit que le méthane est le réactif limitant de cette réaction. Conclusion : Exercice : (15 min) Attaque du fer par un acide L'attaque acide du fer métal est une réation lente et totale. Elle se traduit par l'équation de réaction suivante : Fe(s) + 2H + (aq) Fe 2+ (aq)+h 2 (g) Dans un tube à essai, on introduit 0,10g de poudre de fer, puis on verse un volume Va = 5,0mL d'acide chlorhydrique de concentration : [H + ] 0 =1,0mol.L -1 1)Caluler les quantités de matière des réactifs introduits. 2)En déduire le réactif limitant. 3)Calculer le volume total de dihydrogène dégagé à la fin de la réaction,le gaz étant ramené à température ambiante et sous pression normale. 4)Quelles sont les concentrations des espèces présentes en solution à la fin de la réactoin? Données : M Fe = 55,8g.mol -1 ; T =25 C ; P N =101325Pa ; R = 8,31 usi
1.3)Mélange stoechiométrique Reprenons l'exercice précédent en modifiant les quantités de matière présentes à l'état initial. Dans un tube à essai, on introduit 0,1395 g de poudre de fer, puis on verse un volume Va = 5,0mL d'acide chlorhydrique de concentration : [H + ] 0 =1,0mol.L -1 1)Caluler les quantités de matière des réactifs introduits. 2)En déduire le réactif limitant. Équation chimique Fe(s) + 2H + (aq) -> Fe 2+ (aq) + H 2 (g) État initial X=0 transformation X État final X f =X max Exercice Métallurgie du titane En raison de la faible densité du titane, les alliages de ce métal sont très utilisés dans l'industrie aéronautique. Le titane est obtenu en faisant réagir du chlorure de titane TiCl 4 (g) en présence de magnésium liquide Mg(l). Il se forme alors du titane solide, Ti(s), et du chlorure de magnésium liquide, MgCl 2 (l) 1)Ecrire l'équation de la réaction 2) Les graphs ci-dessous représentent les quantités de matière des réactifs et des produits en fonction de l'avancement X de la réaction. A l'aide de ces graphs, déterminer la composition, en quantité de matière, du dans l'état initial. 3)Etablir le tableau d'avancement de cette réaction. 4)Justifiez l'allure de la courbe correspondant à TiCl 4 (g) et de la courbe correspondant à MgCl 2 (l).
5)Déterminer en quantité de matière, du dans l'état final. 6)Les calculs numériques corresondent-ils aux valeurs que l'on peut lire sur les graphiques? Pour en savoir un peu plus sur le titane : http://fr.wikipedia.org/wiki/titane