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Chapitre 7 : Evolution spontanée d’un système chimique
Introduction : Très peu de transformations sont totales ,la plupart conduisent à des équilibres entre réactifs et produits. On va chercher à caractériser cet équilibre à l’aide d’une grandeur .
1) Etat final d’une transformation chimique
1.1. Transformation TOTALE
• Définition : une transformation est dite TOTALE , lorsque le réactif limitant est entièrement consommé . Elle est symbolisée par une simple flèche : → .
• L’avancement final xf = xmax
• Exemple :
1.2. Transformation PARTIELLE
• Définition : une transformation est dite PARTIELLE , lorsque le réactif limitant est n’ est pas entièrement consommé . Elle est symbolisée par une double flèche :
• L’avancement final xf < xmax
• A l’état final d’une transformation NON TOTALE, les quantités de matière n’évoluent plus : le système est dans un état d’équilibre
• Au niveau microscopique, on observe un équilibre dynamique : les proportions de réactifs et de produits ne changent plus mais microscopiquement, des molécules réagissent simultanément dans les 2 sens !
•
A partir du graphe ci-contre, déterminer les quantités initiales des réactifs
présents.
•
Déterminer les quantités des produite obtenus.
•
Regrouper toutes les données dans un
tableau d’avancement.
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• Exercice : Résumer le graphe précédent dans un tableau d’avancement.
1.3. Taux d’avancement final
2) Quotient de réaction et constante d’équilibre
2.1. Définition
• Par convention, l’eau ,solvant, n’intervient pas dans l’écriture du quotient de réaction, même si elle figure dans l’équation de réaction.
Il en est de même pout toute espèce solide !
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2.2. Etat d’équilibre
3) Evolution bspontanée d’un système chimique HORS équilibre
Soit la transformation chimique modélisée par la constante d’équilibre K(T) et d’équation :
Il apparait 3 cas possibles :
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4. Exemple de transformation SPONTANEE : la réaction d’oxydo réduction
4.1. Transfert d’électron
1. Une réaction d’oxydo réduction modélise une transformation chimique au cours de laquelle des électrons sont échangée entre un oxydant et un réducteur appartenant à 2 couples différents.
2. Le transfert est DIRECT si l’oxydant et le réducteur sont en contact direct ( entre réactif dans une solution)
3. Le transfert se fait grâce à un circuit extérieur si l’oxydant et le réducteur sont placés dans des compartiments séparés ( 1/2 piles)
4.2. Qu’est-ce qu’une pile ?
4.3. Fonctionnement d’une pile
→ Il y a une OXYDATION à l’ANODE : Zn → Zn2+ + 2 e-
→ Il y a une REDUCTION à la CATHODE : Cu2+ + 2 e- → Cu
→ Les ions du pont salin se déplacent de manière à assurer l’électroneutralité des électrolytes
• Une pile est constituée de 2 compartiments distincts : les 1/2 piles
• Ces 2 compartiments sont reliés par un pont salin : il permet la fermeture du circuit électrique et l’électroneutralité des 1/2 piles par déplacement d’ions.
• Les ions circulent dans la pile.
• Les électrons circulent en dehors de la pile.
• Les bornes de la pile dépendent de la nature des 1/2 piles.
• La tension à vide dépend de la nature des 1/2 piles ( couple et concentration)
5/ 5 On écrit le bilan suivant pour cette pile : Cu2+ +Zn → Cu + Zn2+
4.4. Bilan de matière
Au cours de son fonctionnement K évolue vers Qr éq . Lorsque l’état d’équilibre est atteint, la pile ne fonctionne plus et est dite usée !
Exercice : Soit une pile Cuivre/Zinc (pile Daniell) comme sur le schéma ci-dessus.
→ Chaque électrode pèse 10g
→ Chaque solution à un volume V= 200 mL
→ [ Zn2+ ] = 0,1 mol/L = [ Cu2+ ]
a) Quels sont les bilans de matière lorsque l’équilibre est atteint ? b) Quelle est la quantité d’électricité échangée ?
