4èmeSc,M&T http://www.abderrazekseddik.sitesled.com/ Evolution d’un système au cours d’une transformation chimique I/ Définitions Un système chimique est une portion de l’Univers séparée par des frontières réelles ou fictives bien déterminées. Une phase est une portion homogène de l’Univers, qui présente les mêmes propriétés en tous ses points (même indice de réfraction, même température, même densité, même couleur, etc….. Exemple : Solution saturée de sulfate de cuivre (S) Le système (S) est délimité par les parois du bécher et le couvercle est constitué de trois phases Une transformation chimique est tous processus au cours duquel sont modifiées les quantités de matière de certains ou de tous les constituants du système où elle se déroule, donnant ainsi à l’apparition des nouveaux constituants. II- Caractère rapide et lent des transformations chimiques 1/ Réaction rapide Solution de NaOH a.Expérience Lorsqu’on verse suffisamment de solution soude sur la solution d’acide Solution chlorhydrique, la couleur du mélange de HCl +B.B.T passe instantanément du jaune au Bleue Jaune bleue. b. Conclusion La réaction entre la solution aqueuse d’acide chlorhydrique et la solution aqueuse de soude est rapide. c.Définition Une Transformation chimique est dite rapide si la durée d’évolution du système entre l’état initial et l’état final est inférieur à la percistance rétinienne ou au temps de réponse des appareils usuels utilisés pour la suivre. Autres exemples : • Les réactions acide-base ; • Les réactions de précipitation. 1/6 4èmeSc,M&T http://www.abderrazekseddik.sitesled.com/ 2/ Réaction lente On se propose de faire réagir une solution aqueuse d’iodure de potassium (K+ + I-) sur une solution aqueuse d’eau oxygénée H2O2 en milieu acide. a.Equation de la réaction Les couples qui interviennent au cours cette réaction sont : H2O2/H2O et I2/IH2O2 + 2H+ + 2é 2H2O : réduction 2I I2 + 2é : oxydation + H2O2 + 2I + 2H 2H2O + I2 : équation bilan Sol. de KI b. Expérience Dès qu’on met les solutions en contacte, la Sol de H2O2 + Jaune couleur du mélange devient jaune dans le quelques gouttes bécher (1). Cette couleur s’intensifie avec de H2SO4 l’augmentation de la concentration du diiode. On prélève un échantillon de cette et Empois on lui ajoute quelques gouttes d’une solution d’amidon Bleue d’empois d’amidon. Le mélange prend une couleur bleue. c.Conclusion La réaction entre la solution d’eau oxygénée H2O2 et la solution aqueuse d’iodure de potassium est lente. d. Définitions Une Transformation chimique est dite lente si elle se déroule sur des durées permettant un suivi aisé avec nos sens ou avec les techniques de mesures habituelles. • L’étude d’évolution d’une réaction lente est appelée cinétique chimique. III- Avancement d’une réaction chimique L’avancement d’une réaction intéresse les réactions lentes On considère la réaction chique symbolisée par l’équation. aA + bB cC + dD 2/6 4èmeSc,M&T http://www.abderrazekseddik.sitesled.com/ 1/ Tableau descriptif d’évolution d’un système Le tableau ci-dessous décrit l’évolution d’un système chimique ne renfermant initialement que les réactifs A et B. On peut écrire provisoirement : Etat du Quantité de matière en (mol) système initial n0(A) n0(B) Intermédiaire n (A) = n0(A)- nd(A) n(B) = n0(B) – nd(B) 0 0 n(C) n(D) D’après la loi de conservation de la matière, on peut écrire : n (C) n (D) n d (A) n d (B) = = = = Cte . Cette constante est notée x appelée c d a b avancement da la réaction exprimé en (mol). On peut reprendre le tableau Intermédiaire n (A) = n0(A)- a.x Final nf (A) = n0(A)- a.xf n(B) = n0(B) – b.x n(B) = n0(B) – b.xf c.x c.xf d.x d.xf 2/ Exemple On reprend l’exemple de la réaction de la solution aqueuse d’iodure de potassium (K+ + I-) sur la solution aqueuse d’eau oxygénée H2O2 en milieu acide et se propose de dresser le tableau descriptif d’évolution du système. H2O2 + 2I- + 2H3O+ Etat du Avanceme système nt initial 0 Intermédiair x e Final xf 4H2O + I2 Quantité de matière en (mol) n0(H2O2) n0(I-) n(H2O2) = n0(H2O2) - n(I-) = n0(I-) – x 2x nf (H2O2) = n0(H2O2) - nf (I ) = n0(I-)xf 2xf - - 0 - - x - - xf Si x = 1, on dit que la réaction a marché 1 fois. Si x = 0,5, on dit que la réaction a marché 0,5 fois. Déterminons l’avancement maximal en admettant que la réaction est totale. En déduire la composition du mélange à l’état final. On Donne : 3/6 4èmeSc,M&T http://www.abderrazekseddik.sitesled.com/ n0(H2O2) = 0,4 mol et n0(I-) = 0,1 mol Lorsque la réaction est terminée (système à l'état final) l'un des réactifs (au moins) a disparu. Ce réactif est appelé réactif limitant L'avancement maximal xmax est atteint lorsque la quantité de réactif limitant est devenue nulle. On fait l'hypothèse que chaque réactif est limitant et on calcule xmax , le réactif limitant est celui pour lequel xmax est le plus petit, le premier atteint. Si l’eau oxygénée est limitant Xmax = 0,4 mol Si les ions iodures sont le réactif limitant Xmax = 0,05 mol Xmax = 0,05 mol d’où la composition finale n(I2) = 0,05 mol, n(I-) = 0 mol nf (H2O2) = 0,3 mol Définition L’avancement x d’une réaction chimique est une grandeur, exprimée en moles, qui permet de suivre l’évolution de la composition d’un système au cours d’une transformation chimique. Remarques Si les constituants du système chimique constituent une seule phase et le volume V du milieu réactionnel est constant, on définit l’avancement x volumique y par y = exprimé en mol.L-1 V 3/ Quelques techniques de détermination de l’avancement x Dosage Conductimètrie pH-mètrie lorsque l’un des réactifs ou produit est l’ion H3O+ IV- Relation entre concentrations molaires des espèces chimiques 1/ Rappel • Loi de conservation de la matière 4/6 4èmeSc,M&T http://www.abderrazekseddik.sitesled.com/ Au cours d’une réaction chimique, il ya conservation du nombre d’atome de chaque espèce chimique • Concentration molaire La concentration molaire d’une espèce chimique A dans un mélange de n volume V est notée [A]. [A] = A exprimée en mol. L-1. V Exemple On dissout dans un volume V= 0,5 l d’eau, 0,2 mol de chlorure de plomb PbCl2. on admet que cette quantité se dissout complètement. On demande de : • Déterminer la molarité de la solution. • Déterminer les concentrations molaires des espèces chimiques présentes dans le mélange autre que les ions H3O+ et OH-. 2/ Relation entre concentration molaire On se propose d’établir des relations entre les concentrations molaires des espèces chimiques présentes dans le mélange à une date t quelconque. H2O2 + 2I- + 2H+ A t = 0s n1 n2 At n1-x n2-2x 2H2O + I2 0 x n −x , [H 2O 2 ] = 1 = [H 2O 2 ]0 − [I2 ] v − n2 − x − = I − 2 [I 2 ] I = 0 v I = x 2 v 5/6 4èmeSc,M&T http://www.abderrazekseddik.sitesled.com/ 6/6