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Tale Spé Thème : Constitution et transformations de la matière Cours
Chimie 5 Sens d’évolution spontanée d’un système chimique Chap.7
Prérequis (1ère) :
Réactions d’oxydoréduction ; Transformation totale et non totale
Exercices p.132
I. Transformation totale ou non totale
Support vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=FjgWkxljRS4 (F. Raffin) – 5’38’’
1. Système chimique à l’état final
Si la transformation est totale, l’un des réactifs n’est pas présent à l’état final
Si la transformation est non totale, les réactifs sont présents à l’état final.
L’état final correspond à un état d’équilibre chimique.
Une transformation non totale est modélisée par deux réactions opposés l’une de l’autre.
Réaction en sens direct : les réactifs réagissent pour former les produits.
Réaction en sens indirect : les produits réagissent pour former les réactifs.
2. Notion d’équilibre dynamique
Pour une transformation non totale, à l’état final :
Les quantités des espèces chimiques n’évoluent plus à l’échelle macroscopique.
A l’échelle microscopique, les chocs efficaces conduisant aux produits compensent exactement les chocs efficaces conduisant aux réactifs.
L’état final correspond à un état d’équilibre dynamique.
3. Taux d’avancement final
= xf
xmax
; sans unité (en % assez souvent) ; xf et xmax dans la même unité
= 1 si la transformation est totale ; < 1 si la transformation n’est pas totale
QCM 1 p.141 ; Ex.1 corrigé p.142 ; Ex. 4-6 p.144 II. Evolution spontanée
Support vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=k3C1nFIFub4 (F. Raffin) – 4’00’’
1. Quotient de réaction
Soit la réaction d’équation : b B + c C d D + e E avec b, c, d et e les nombres stœchiométriques
Activité a d’une espèce chimique X : aX = [X]
c° pour une espèce dissoute avec c° = 1 mol.L-1 aX = 1 pour un solide pur ou pour un solvant
QR = aDd aEe
aBb aCc ; les activités n’ont pas d’unité ; QR n’a pas d’unité
Exemple : Ba2+(aq) + 2 Cℓ-(aq) BaCℓ2(s) ; a(BaCℓ2 (s)) = 1 car c’est un solide.
QR = 1
a(Ba2+(aq)) a(Cℓ-(aq))² = 1 [Ba2+(aq)]
c° [Cℓ-(aq)]² (c°)²
= (c°)3
[Ba2+(aq)] [Cℓ-(aq)]²
2. Constante d’équilibre K
K = QR,éq. La constante d’équilibre K dépend de la température, de la réaction mais ne dépend pas des concentrations initiales.
3. Critère d’évolution spontanée
Si QR,i < K, la réaction évolue dans le sens direct de l’équation
Si QR,i > K, la réaction évolue dans le sens indirect de l’équation
QCM 2 p.141 ; Ex. 8-10 p.144 ; Ex. 20-21-23-25-27 p.147 et +
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III. Fonctionnement d’une pile
Support vidéo : https://www.youtube.com/watch?v=00KNEltfzdg (F. Raffin) – 5’46’’
1. Transfert direct d’électrons
Lame de zinc dans une solution contenant des ions Cu2+(aq) Cu2+(aq) + Zn (s) Cu (s) + Zn2+(aq) ; QR,i < K donc sens direct 2. Constitution d’une pile
Une pile est formée de deux demi-piles. Chaque demi-pile est constituée d’un couple oxydant/réducteur de type Mn+(aq) / M (s) en général où M est un métal appelé électrode.
Les deux demi-piles sont reliés par un pont salin qui permet de fermer le circuit électrique et d’assurer la neutralité des solutions.
La tension à vide d’une pile, notée E (en V), est la tension mesurée entre ses électrodes en circuit ouvert.
En circuit fermé, à la borne négative a lieu une oxydation (Zn Zn2+(aq) + 2 e-) et à la borne positive a lieu une réduction (Cu2+(aq) + 2 e- Cu (s)). Il y a un transfert indirect d’électrons.
3. Sens d’évolution spontané
Une pile en fonctionnement est un système chimique hors équilibre : QR K
Très souvent, QR,i < K donc évolution dans le sens direct (Cu2+(aq) + Zn Cu (s) + Zn2+(aq) )
Une pile « usée » qui ne débite pas de courant est un système à l’état d’équilibre : QR = K 4. Capacité électrique d’une pile
La capacité électrique d’une pile est la charge électrique maximale que la pile est susceptible de faire circuler dans un circuit extérieur
Qmax = n(e-)max NA e avec
Qmax en C, n(e-)max quantité maximale d’électrons échangés en mol, NA constante d’Avogadro en mol-1 et e charge élémentaire en C
QCM 3 p.141
Ex.2 corrigé p.143
Ex. 12-14-16 p.146
Ex. 19-22-24-26-28 p.147 et +
