Cours de physique – Chimie Première S Partie : Obser ver
Thème : Matières colorées
Chapitre VII REACTION CHIMIQUE
Compétences attendues :
➢ Identifier le réactif limitant.
➢ Décrire quantitativement l'état final d'un système chimique.
➢ Interpréter en fonction des conditions initiales la couleur à l'état final d'une solution siège d'une réaction chimique mettant en jeu un réactif ou un produit coloré.
I. Transformation et réaction chimique 1. Evolution d'un système chimique
Pour écrire l'équation de la réaction, il faut respecter la loi de conservation des éléments chimiques et la loi de conservation de la charge électrique de part et d'autre de la flèche symbolisant le processus d'évolution.
Exemple : Réaction des ions iodure I(aq)- avec les ions peroxodisulfate S2O8(aq)2- pour former du diiode I2(aq) et des ions sulfate SO4(aq)2 - :
S2O8(aq)2- + 2 I(aq)- → I2(aq) + 2SO4(aq)2 - 2. Stoechiométrie d'une réaction chimique
Exemple : Lors de la réaction de combustion du méthane, celui-ci réagit avec le dioxygène pour former du dioxyde de carbone et de l'eau selon la réaction chimique d'équation chimique :
CH4(g) + 2 O2(g) —> CO2(g) + 2 H2O(l)
La consommation d'une mole de CH4 et de deux moles de O2 entraîne la formation d'une mole de CO2 et de deux moles de H2O.
On constate aussi que la consommation de dix moles de CH4 et de vingts moles de O2 entraîne la formation de dix moles de CO2 et de vingts moles de H2O.
Ainsi le méthane et le dioxygène réagissent, en mole, dans des proportions de 1 pour 2, et le dioxygène et l'eau sont simultanément formés dans des proportions de 1 pour 2.
II. Etude de l'évolution d'un système chimique 1. Avancement X
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Cours de physique – Chimie Première S 2. Avancement maximal et réactif limitant
Pour déterminer la valeur de l'avancement maximal Xmax, on calcule les valeurs de l'avancement qui annulent les quantités de chacun des réactifs.
La plus petite de ces valeurs fournit l'avancement maximal Xmax. Le réactif qui lui est associé est le réactif limitant.
3. Tableau d'avancement
✔ Chaque colonne du tableau d'avancement décrit la composition du système dans l'état considéré et constitue un bilan de matière.
✔ Chaque ligne du tableau d'avancement indique la quantité de matière d'une espèce dans différents états : l'état initial, l'état en cours et l'état final.
Equation chimique —>
Etat du système Avancement Quantité de matière (mol)
initial 0
En cours X
final Xmax
III. Etude d'un exemple (et généralisation) 1. Etude d'un exemple
On étudie un système où se déroule la réaction d'équation :
I2(aq) + 2S2O3(2 -aq) → 2I(aq)- + S4O6(aq)2- diiode ions ions ions
thiosulfate iodure tétrathionate Le tableau d'avancement de la réaction est comme suit :
Equation chimique Etat du système Avancement
initial 0
En cours X
final Xmax
Lors d'une expérience, les quantités de matière initiales sont : ni(I2) =0,10 mmol
ni(S2O32 -) =0,40 mmol
Détermination de Xmax et du réactif limitant2
Cours de physique – Chimie Première S
Bilan de matière à l'état final
L'état final du système est ainsi déterminé :
• il reste 0,20 mmol d'ions thiosulfate
• il se forme 0,20 mmol d'ions iodure et 0,10 mmol d'ions tétrathionate.
2. Cas général
L'équation d'une réaction peut s'écrire : a A + b B c C + d D où a, b, c et d sont les nombres stoechiométriques et A, B, C et D les→ formules brutes des réactifs et produits.
D'après l'équation de la réaction, la formation d'une quantité c de C et d de D nécessite la consommation d'une quantité a de A et b de B (les quantités de matière étant exprimées en moles).
Le tableau d'avancement est donné ci après :
Equation chimique a A + b B → c C + d D
Etat du système Avancement n(A) n(B) n(C) n(D)
initial 0 ni(A) ni(B) 0 0
En cours X ni(A) −a X ni(B) −b X c X d X
final Xmax ni(A) −a Xmax ni(B) −b Xmax c Xmax d Xmax
Détermination de Xmax :Si A est le réactif limitant, alors ni(A) −a Xmax=0 Xmax= ni(A)
a Si b est le réactif limitant, alors ni(B) −b Xmax=0
Xmax=ni(B) b On choisit la plus petite valeur des deux pour Xmax.
Dans le cas où tous les réactifs sont limitant, le mélange initial est dit stoechiométrique : les quantités de matière initiales des réactifs sont dans les proportions de leurs nombres stoechiométriques.
En effet, on a : Xmax= ni(A)
a = ni(B) b
Exemple : ni(I2) =0,20 mmol et ni(S2O32 -) =0,40 mmol
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