CHAPITRE 1 : TRANSFORMATION CHIMIQUE : EVOLUTION ET

Chimie&chapitre&1&:&Transformation&chimique&:&évolution&et&équilibre&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&PCSI3&
1&
!
CHAPITRE&1&:&TRANSFORMATION&CHIMIQUE&:&EVOLUTION&ET&EQUILIBRE&
Introduction*:&Certaines&réactions&peuvent&avoir&lieu&dans&les&deux&sens&:&&
!!
!
Comment&savoir&dans&quel&sens&a&lieu&une&réaction&chimique&?&Quand&le&système&cesse-t-il&d’évoluer&?&
&
I. DESCRIPTION&D’UN&SYSTEME&PHYSICO-CHIMIQUE&
*
1. Notion*de*constituant*physico-chimique*
Une&espèce*chimique&est&un&corps&simple&ou&composé&que&l’on&désigne&par&sa&formule&chimique.&A&ce&stade,&l’état&
physique&n’est&pas&précisé.&
!"#$%&#'(:" Le" carbone" C," le" cuivre" Cu" ou" encore" le"diiode" I2"sont" des" )*+%'( ',$%&#'"car" constitués" d’un" seul" type"
d’élément." En" revanche," le" dioxyde" de" carbone" CO2"et" la" fluorine" CaF2"sont" des" )*+%'( )*$%*'-'"car" constitués" de"
plusieurs"éléments"différents.""
&
Un& constituant* physico-chimique&est& une& espèce& chimique& dont& l’état* physique* (solide,& liquide& ou& gazeux)& est&
précisé&entre&parenthèses.&&
!"#$%&#'(:"la"carboglace"CO2(s),"la"vapeur"d’eau"H2O(g),"le"mercure"liquide"Hg(l),"les"ions"chlorure"en"solution"dans"
l’eau"Cl-(aq)…"
&
Le& système,& objet& de& l’étude,& est& constitué& de& matière.& Il& peut& être& composé& d’un& ou& de& plusieurs& constituants*
physico-chimiques&délimités&du&milieu*extérieur&par&une&surface&fermée.&&
&
Une&phase&est&une&région&de&l’espace&dont&l’aspect&macroscopique&est&le&même&en&tout&point.&&
&
!"#$%&#'(.((
• L’air"est"une"phase"gazeuse"uniforme"constituée"d’un"mélange"de"gaz"(80%"de"N2(g)"et"20%"de"O2(g))."
• L’huile"et"le"vinaigre"ne"sont"pas"miscibles":"l’huile"se"trouvera"au-dessus"car"elle"est"moins"dense."Il"y"a"deux"
phases."
"

Chimie&chapitre&1&:&Transformation&chimique&:&évolution&et&équilibre&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&PCSI3&
2&
!
2. Paramètres*descriptifs*de*la*composition*d’un*système*
&a)&Grandeurs&extensives,&intensives&
Un&système&physico-chimique&est&décrit&par&des&variables*d’état&intensives&ou&extensives.&
&
Une&variable&extensive&est&proportionnelle&à&la&quantité&de&matière&;&elle&est&définie&pour&l’ensemble&du&système.&
Une& variable& intensive&est& indépendante& de& la& quantité& de& matière&;& elle& est& définie& en& chaque& point& du& système&
(variable&locale).&
&
&Comment*savoir*si*une*grandeur*est*intensive*ou*extensive*?!*
Soit&un&système&homogène&S&décrit&par&une&variable&X.&Isolons&une&partie&S’&du&système&S.&&
Si&X(S’)&=&X(S),&c’est&que&X&ne&dépend&pas&de&la&quantité&de&matière&:&X&est&intensive.&&
Si&X(S’)&≠&X(S),&c’est&que&X&dépend&de&la&quantité&de&matière&:&X&est&extensive.&
"
Exercice":"Variable"intensive"ou"extensive"?
Pression&
Masse" "
Température"
Volume"
"
"
"
"
"
&
&b)&Description&de&la&composition&d’une*solution&
&
Dans& une& solution,& on& distingue& le& solvant,& ultramajoritaire,& et& les& solutés,& en& très& faible& quantité& par& rapport& au&
solvant.&Les&solutés&sont&des&espèces&chimiques&dissoutes&dans&le&solvant.&
&
Exemple":" Solution" aqueuse" de" sucre" (saccharose)" C12H22O11.*Le" solvant" est"
l’eau.&
"
On"désigne"le"sucre"dans"la"solution"par"C12H22O11/012"afin"d’indiquer"qu’il"est"
dissous"dans"l’eau."
(
(
Pour&décrire&la&composition&d’une&solution,&on&utilise&en&générale&la*concentration&molaire&:&&
ci=ni
Vsolvant
&en&mol.L-1&avec&ni&la&quantité&de&matière&de&l’espèce&i&en&mol&et&Vsolvant&le&volume&de&solvant&en&L.&
*
Exercice":" On" dissout" 0,5" mol" de" glucose" et" 0,2" mol" de" saccharose" dans" 2,5L" d’eau." Déterminer" la"
composition"de"la"solution.""
"
"
"
"
"
"
"
"
*
S
S'

Chimie&chapitre&1&:&Transformation&chimique&:&évolution&et&équilibre&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&PCSI3&
3&
!
&c)&Description&de&la&composition&d’une*phase*gazeuse&
*
Les&gaz&sont&toujours&miscibles&entre&eux&:&quand&un&mélange&contient&plusieurs&gaz,&il&n’y&a&toujours&qu’une&seule&
phase.&&
Pour&décrire&une&phase&gazeuse,&on&utilise&en&général&la&pression*partielle.&&
&
La&pression*partielle&pi&d'un&gaz&i&dans&un&mélange&de&gaz&est&définie&comme&la*pression*pi*de*ce*gaz*i*s’il*occupait*
seul*tout*le*volume*offert*au*mélange,&à&la&température&de&celui-ci.&&
Elle&correspond&donc&à&la&contribution&de&ce&gaz&i&à&la&pression&totale&du&mélange.&
&
La*somme*des*pressions*partielles*est*égale*à*la*pression*totale*:*
𝒑𝒊
𝒕𝒐𝒖𝒔'𝒍𝒆𝒔'𝒈𝒂𝒛
= 𝒑𝒕𝒐𝒕*
*
*Comment*calculer*une*pression*partielle*?*
Méthode*1*:&Utiliser&l’équation&d’état&des&gaz&parfait&:&pi.V*=*ni.R.T*&
où&pi&est&la&pression&partielle&du&gaz&i&(en&Pa),&V&le&volume&total&(en&m3),&ni&la&quantité&de&matière&du&gaz&i&(en&mol),&R&
est&la&constante&d’état&des&gaz&parfaits&(R=8,314&J.K-1.mol-1)&et&T&la&température&(en&K).&
&
Méthode*2&:&Utiliser&la&loi&de&Dalton&:&𝒑𝒊= 𝒙𝒊∙ 𝒑𝒕𝒐𝒕*avec&xi&la&fraction&molaire&du&gaz&i&:&𝒙𝒊=𝒏𝒊
𝒏𝒕𝒐𝒕,𝒈𝒂𝒛
**
*
Quelle&méthode&privilégier&?&Regarder&les&données&à&votre&disposition&!&&
*
!"#+),)#":"On"considère"un"mélange"de"1"mol"de"dioxygène"O2(g)"et"4"mol"de"diazote"N2(g)"dans"un"récipient"
de"5L"à"25°C."Déterminer"la"pression"partielle"de"chacun"des"deux"gaz,"ainsi"que"la"pression"totale."Utiliser"les"deux"
méthodes"ci-dessus.""
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&

Chimie&chapitre&1&:&Transformation&chimique&:&évolution&et&équilibre&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&PCSI3&
4&
!
3. Transformations*d’un*système*
Une&transformation&est&le&passage&d’un&état&initial&noté&E.I.&vers&un&état&final&noté&E.F.&On&distinguera&trois&types&de&
transformations&:&physiques,&chimiques,&nucléaires.&&
&
• Transformation*physique*:&Au&cours&d’une&transformation&physique,&la&matière&passe&d’un&état&physique&à&
un&autre&sous&l’action&de&la&température&et/ou&la&pression.&&
Exemple":"Changement"d’état"de"l’eau":"H2O(s)"""""""""""""H2O(l)"
"
• Transformation*chimique*:& Une&transformation&chimique&s’accompagne&d’une& modification&de&la&structure&
moléculaire&des&constituants.&Les&espèces&chimiques&sont&modifiées.&
Exemple":" "
(
*
• Transformation* nucléaire*:&Une& transformation& nucléaire& est&le& passage& d’un& ou& plusieurs& noyaux& à& un& ou&
plusieurs&noyaux&de&nature&différente.&&
Exemple":"La"transformation"du" "en"" "avec"émission"d’une"particule"α""( )":" """""""" ""+"" "
"
II. TRANSFORMATION&CHIMIQUE&:&EVOLUTION&ET&EQUILIBRE&
1. Evolution*d’un*système*chimique*
Au&cours&d’une&transformation&chimique,&le&système&évolue*d’un*état*initial*EI*vers*un*état*final*EF.&Les&quantités&de&
matières&des&constituants&varient.&Lorsque&le&système&cesse&d’évoluer,&on&dit&que&l’état*final*est*atteint.&&
&
Si,&dans&l’état&final,&les&réactifs&et&les&produits&de&la&réaction&coexistent,&alors&il&s’agit&d’un&état*d’équilibre&chimique.&
&
Les&variations&des&quantités&de&matières&lors&de&l’évolution&du&peuvent&être&liées&entre&elles&par&l’avancement*ξ.&
!"#+),)#":" Un" système" contient" initialement" 0,1" mol" de" diazote" N2"gazeux" et" 0,1" mol"de" dihydrogène" H2"
gazeux."On"y"observe"la"réaction"suivante":"N2(g)"+"3"H2(g)"="2"NH3(g)."Etablir"un"tableau"d’avancement."Quelle"sera"la"
composition"du"système"quand"l’avancement"vaudra"0,01"mol"?(
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
L’avancement*maximal&ξmax&est&la&valeur&maximale&que&peut&prendre&l’avancement.&Il&correspond&à&la&consommation&
totale&du&réactif&limitant.&&
!"#+),)#".(Déterminer"l’avancement"maximal"ξmax"de"l’exemple"ci-dessus.""
&
&
Ca(aq)
2++2HCO3(aq) −
CaCO3(s)+CO2(aq)+H2O
( )
84
210 Po
82
206 Pb
2
4He
84
210 Po
82
206 Pb
2
4He

Chimie&chapitre&1&:&Transformation&chimique&:&évolution&et&équilibre&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&&PCSI3&
5&
!
Si&tous&les&constituants&sont&en&solution&et&que&le&volume&de&solvant&reste&constant,&on&peut&directement*utiliser*un*
tableau*d’avancement*en*mol.L-1.&On&note&x&l’avancement&volumique&(en&mol.L-1).&&
(!"#+),)#33":" L’ion" thiocyanate" SCN-"est" utilisé" comme" réactif" d’identification" des" ions" ferrique" Fe3+"en"
solution"aqueuse."Il"se"forme"un"ion"complexe"rouge"de"formule"FeSCN2+.""
La"réaction"de"formation"de"ce"complexe"est"Fe3+(aq)"+"SCN-(aq)"="FeSCN2+(aq)."
On"considère"une"solution"dont"les"concentrations"initiales"sont"[Fe3+]0"="[FeSCN2+]0"="0,1"mol.L-1,"[SCN-]0"="0,3"mol.L-1."
Dresser"un"tableau"d’avancement"et"déterminer"l’avancement"volumique"maximal."
"
"
"
"
"
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
&
!
*Quelle*unité*privilégier*pour*faire*un*tableau*d’avancement*?*
Si&le&système& est& homogène&et& que& le& volume& constant&(cas&d’une&réaction&en& solution& aqueuse& par& exemple),&on&
privilégiera&les&tableaux&d’avancement&en&mol.L-1.&L’avancement&volumique&sera&noté&x.&
Si& le& système& est& hétérogène,& ou& que& le& volume& de& la& solution& varie,& on& fera& impérativement& un& tableau&
d’avancement&en&mol.&L’avancement&sera&noté&ξ.&
!
Le&taux&d’avancement&final&τf&&est&défini&par&:&𝝉𝒇= 𝛏𝒇/𝛏𝒎𝒂𝒙'𝐨𝐮'𝝉𝒇= 𝐱𝒇/𝐱𝒎𝒂𝒙'***
&
• On&dit&qu’une&réaction*est*totale&lorsque&τf*=*1*(consommation&totale&du&constituant&en&défaut,&ξf&&&=&ξmax).&&
• On& dit& qu’une& réaction* est* quantitative&lorsque& τf*tend* vers* 1*(consommation& quasi-totale& du& constituant& en&
défaut,&réaction&dite&«&très&avancée&»,&ξf&&&≈&ξmax).)&
• On&dit&qu’une&réaction*est*nulle&lorsque&τf*tend*vers*0*(pas&d’évolution&du&système,&ξf&&&≈&0).&
*
*
*
*
*
*
*
*
*
*