Thème 1 : CONSTITUTION ET TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE TP 1ère spé Physique-Chimie
TP : Etat final d’un système chimique
Objectif : Déterminer la composition de l’état final d’un système siège d’une transformation chimique totale à l’aide d’un langage de
programmation (Python).
Compétences travaillées : ANA : exploiter des mesures REA : Utiliser le langage python.
VAL : Analyser des résultats
AUTO : travailler efficacement seul ou en équipe Notions : Avancement d’une réaction chimique
et le langage python
PROBLEMATIQUE
Modéliser et visualiser à l’aide de courbes, l’évolution de la composition d’une solution pendant une réaction chimique.
DOCUMENTS A DISPOSITION Doc.1 Code python à compléter :
print("Equation de la réaction : a.A + b.B \u2192 c.C + d.D") a = int(input("a = "))
b = int(input("b = "))
print("Entrer les quantités initiales des réactifs en mol : ") amol = float(input(f"quantité de A en mol n0(A) = "))
# à compléter _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ if amol/a < bmol/b :
print("A est le réactif limitant et B est le réactif en excès ") xmax = amol/a
elif # à compléter _ _ _ :
print("# à compléter _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _") xmax = _ _ _ _ _
else :
print("Les réactif A et B _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ ") xmax = amol/a
print(f"L'avancement maximal de la réaction est xmax = {xmax} mol")
Doc. 2 : Doc. 3 : Réaction chimique entre
le diiode I2 et les ions thiosulfate S2O32-
I2(aq) + 2 S2O32-
(aq) → 2 I-(aq) + S4O62- (aq)
Expérience 1 :
• n0(I2) = 1,0×10-4 mol
• n0(S2O32-) = 4,0×10-4 mol
• xmax = 1,0×10-4 mol Expérience 2 :
• n0(I2) = 2,5×10-4 mol
• n0(S2O32-) = 4,0×10-4 mol
• xmax = 2,0×10-4 mol
Doc. 4 : Les graphiques en python import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt x=np.linspace(0,1,20)
y1=np.sin(x) y2=np.cos(x)
plt.plot(x,y1,"r--",label='sin(x)') plt.plot(x,y2,"b:o",label='cos(x)') plt.legend()
plt.show()
Thème 1 : CONSTITUTION ET TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE TP 1ère spé Physique-Chimie TRAVAIL A RÉALISER
Partie 1 : Programmation
On considère l’équation de la réaction générale : a A + b B c C + d D→ c C + d D
Pour laquelle a et b sont les coeficients stœchiométriques associés aux réactifs A et B.
On note n0(A) et n0(B) les quantités initiales des deux réactifs en mol.
1) Revenons à la réaction : I2(aq) + 2 S2O32-
(aq)
→
2 I-(aq) + S4O62-(aq)En analysant les résultats obtenus dans les deux cas du doc.3, comparer la valeur de xmax obtenue et les rapports n0(A)
a et n0(B) b
2) En déduire la façon de déterminer l’avancement maximum.
3) Copier le programme python proposé (doc. 1) en le complétant afin qu’il indique pour une
réaction chimique lequel des réactifs est limitant et lequel est en excès ou si les réactifs sont dans des proportions stoechiométriques.
4) Vérifier que le programme fonctionne sur les données des exercices 9 et 10 (doc.2) 5) Taper le code python du doc. 4 dans la console.
6) Exécuter le programme avancement.py avec les données des expériences 1 et 2 (doc. 3) Retrouve t’on les résultats obtenus avec le tableau d’avancement ?
Partie 2 , Application :
Les ions ferreux essentiels pour le transport du dioxygène dans le sang Transportées par les globules rouges, les moléculesd’hémoglobine assurent, par la circulation sanguine, l’apport du dioxygène aux différents organes des animaux
vertébrés.
L’hémoglobine est un assemblage de quatre sousunités qui abritent chacune une structure chimique particulière nommée hème. Chaque hème contient un ion ferreux Fe2+. Cet ion ferreux Fe2+ est responsable de la fixation d’une molécule de dioxygène.
Certains polluants ou toxines présents dans le sang peuvent oxyder les ions ferreux Fe2+en ions ferriques Fe3+ qui n’ont
pas la capacité de fixer le dioxygène. Il est donc important que l’élément fer de l’hème ne soit pas oxydé et reste sous la forme d’ion Fe2+.
Dans cet exercice, on étudie d’abord l’oxydation des ions ferreux en ions ferriques.
Oxydation des ions ferreux :
Une expérience est menée en laboratoire pour illustrer la capacité de l’ion
permanganate à oxyder les ions ferreux.
violette
orangée verdâtre
Thème 1 : CONSTITUTION ET TRANSFORMATIONS DE LA MATIÈRE TP 1ère spé Physique-Chimie Dans un bécher contenant 40 mL d’une solution de sulfate de fer(II) (Fe2+(aq) + SO42-
(aq)) de concentration en quantité de matière égale à 2,5 x 10-1 mol.L-1, on introduit 20 mL d’une solution aqueuse de permanganate de potassium (K+(aq) + MnO4-
(aq)) de concentration en quantité de matière 1,0 x 10-1 mol.L-1 contenant aussi des ions H+. Les solutions avant mélange et après le mélange ont été photographiées et figurent ci-dessus.
1. À l’aide des observations, montrer qu’une transformation chimique a bien eu lieu.
2. Identifier les oxydants et les réducteurs consommés et ceux qui sont produits.
3. On souhaite modéliser la transformation par une réaction oxydant-réducteur.
a. Écrire la demi-équation électronique du couple Fe3+(aq) / Fe2+(aq) .
3.b. Vérifier que l’équation de la réaction oxydant-réducteur modélisant la transformation chimique s’écrit : MnO4-
(aq) + 5 Fe2+(aq) + 8 H+(aq) → Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O(ℓ)
3.c. Justifier, à l’aide des données, que MnO4-
(aq) et Fe2+(aq) sont introduits en proportions stœchiométriques dans le mélange initial.
Le programme avancement.py permet de visualiser l’évolution des quantités de matière en fonction de l’avancement de la réaction noté x.
5. Établir un tableau d’avancement de la réaction et vérifier que la valeur de l’avancement maximal est compatible avec le tracé de la figure.
6. Déduire du tableau d’avancement l’expression de la quantité de matière des ions Fe3+(aq) en fonction de l’avancement. Cette expression est-elle compatible avec le tracé obtenu ?
7. Exercices 17 et 18 du livre page 60 à la main puis vérification à l’aide du programme.
MnO4-(aq) + 5 Fe2+(aq) + 8 H+(aq) → Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O(ℓ)
Couples oxydant/réducteur : - Fe3+(aq) / Fe2+(aq) ; - MnO4-(aq)/Mn2+(aq)
