chapitre 3 : SUIVI D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE

 

I.                 LA TRANSFORMAION CHIMIQUE :

 

1.1.              Description d’un système chimique :

 

Un système chimique est un ensemble d’espèces chimiques dont l’état sera décrit en précisant :

·         la nature et la quantité de matière des espèces chimiques présentes,

·         l’état physique : solide (s), liquide (l), gazeux (g) des espèces présentes ; si une espèce est en solution, on l’appellera soluté et en solution aqueuse , on notera (aq),

·         la température T et la pression P du système,

Les espèces introduites à l’état initial sont appelées «  réactifs », les espèces obtenues après la transformation, à l’état final sont appelés «  produits ».

 

1.2.             La transformation chimique : vidéo

 

Une transformation chimique est le passage d’un système chimique d’un état initial constitué de réactifs à un état final constitué de nouvelles espèces chimiques les produits. (exemple : vidéo d’expériences USA)

1.3.            
La réaction chimique et son équation :

 

La réaction chimique est la modélisation, à l’échelle macroscopique, de la transformation chimique. L’équation chimique est l’écriture symbolique d’une réaction chimique (vidéo).

 

Elle rend compte :

 

Exemple :  La réaction de synthèse de l’ammoniac est modélisée par l’équation :

N2 (g)  +  3 H2  (g) ®  2 NH3 (g)

 

Les nombres écrits devant les formules des espèces chimiques sont appelés nombres stoechiométriques.

 

II.             SUIVI DE L’EVOLUTION DU SYSTEME :

 

2.1.             Avancement (vidéo):

 

L’avancement x est une grandeur, exprimée en mole, qui permet de suivre l’évolution des quantités de matière des réactifs et des produits au cours d’une transformation.

 

2.2.            Tableau d’avancement et bilan de matière (vidéo):

 

Soit la réaction chimique d’équation :           aA  +  bB  ®   cC  + dD

 

Equation

                                   aA         +      bB          ®       cC        +       dD

Etat du système

Avancement       x (mol)

Quantité matière  A

Quantité  matière  B

Quantité  matière C

Quantité  matière D

Etat initial (mol)

xi  = 0

ni(A)

ni(B)

ni(C)

ni(D)

Au cours de la transformation (mol)

X

ni(A)-ax

(restent)

ni(B)-bx

(restent)

ni(C)+cx

(forment)

ni(D)+ dx

(forment)

 

2.3.        Description de l’état final : réactif limitant/avancement maximal (vidéo)

 

L’état final d’un système chimique est atteint lorsque la quantité de matière des réactifs n’évolue plus. Si lors d’une transformation chimique un des réactifs est entièrement consommé (réactif limitant) alors l’avancement final correspond à l’avancement maximal, il est noté xmax.

Dans le cas d’un mélange stoechiométrique, tous les réactifs sont consommés.

 

Pour déterminer la valeur de xmax, on calcul les valeurs de l’avancement qui annulent les quantités de matière de chacun des réactifs. La plus petite de ces valeurs correspond à xmax

Pour déterminer xmax : soit ni(A) – axmax = 0 soit ni(B) – bxmax = 0

Soit xmax = ni(A)/a   soit  xmax = ni(B)/b

La plus petite valeur de xmax sera choisie. 

 

2.4.            Représentation des quantités de matière en fonction de x :

 

On peut aussi déterminer xmax à partir de la représentation graphique de l’évolution des quantités de matière des réactifs et des produits.

On obtient des droites dont les coefficients directeurs sont fonction des nombres  stoechiométriques.

xmax correspond alors à la plus petite valeur de l’abscisse coupant l’axe horizontal.

 


                                                   xmax             x(mol)