A. T RANSFORMATION CHIMIQUE ET RÉACTION CHIMIQUE

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COURS

CHAPITRE 7

 T RANSFORMATION CHIMIQUE

Constitution et ^{Thème I :}

transformation de la matière

A. T RANSFORMATION CHIMIQUE ET RÉACTION CHIMIQUE

VOIR AUSSI L'ESSENTIEL PAGE 118+QCM PAGE 119 Une transformation chimique a lieu dès lors que le système chimique évolue d'un état initial à un état final.

La transformation chimique est modélisée par une réaction chimique symbolisée par une équation : Réactifs → Produits

Par convention, les réactifs sont placés à gauche, les produits à droite d'une flèche orientée de gauche à droite afin de préciser le sens d'évolution de la réaction. L'écriture de l'équation doit respecter des lois de conservation :

 Conservation des éléments : on retrouve le même nombre de chacun des éléments dans les réactifs et dans les produits.

 Conservation de la charge électrique : la somme des charges électriques du côté des produits est la même que celle du côté des réactifs.

B. R

ÉACTIF LIMITANT ET STŒCHIOMÉTRIE

La quantité des réactifs diminue au cours d'une transformation.

• Quand la quantité de matière s'annule pour un seul réactif, la transformation s'arrête : on dit que ce réactif est limitant.

• Quand les quantités de matière de tous les réactifs s'annulent simultanément, les réactifs ont été consommés totalement et il n'y a pas de réactif limitant. Les réactifs avaient été introduits dans les proportions stœchiométriques données par les coefficients de l'équation de la réaction.

Exemples : combustion complète du méthane CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

• Si ninitiale

(

CH4

)

ninitiale

( )

O2

1 = 2 alors les quantités initiales des réactifs sont dans les proportions stœchiométriques.

Le méthane CH4 et le dioxygène O2 sont tous deux réactifs limitants : ils sont entièrement consommés dans l'état final 

• Si ninitiale

(

CH4

)

ninitiale

( )

O2

1  2 alors O2 est le réactif limitant.

CH4 est en excès par rapport aux proportions stœchiométriques : il en restera à la fin 

C. T RANSFERTS D ' ÉNERGIE

Certaines transformations chimiques libèrent de l'énergie, cédée par le système à l'extérieur ; la transformation est dite exothermique. Quand une transformation absorbe de l'énergie provenant de l'extérieur, la réaction est dite endothermique.

Exemple : Les combustions libèrent de l'énergie : elles sont exothermiques. Une combustion complète produit du dioxyde de carbone et de l'eau, une combustion incomplète produit du monoxyde de carbone et/ou du carbone et de l'eau.

D. L A SYNTHÈSE D ' UNE ESPÈCE CHIMIQUE

Une espèce synthétique est fabriquée par l'Homme. Elle peut être identique à une espèce présente dans la nature.

Une synthèse est la fabrication d'une espèce chimique en laboratoire. Une synthèse chimique se déroule en quatre étapes :

(2)

Un système chimique est constitué d'espèces chimiques susceptibles de réagir entre elles.

Une transformation chimique a lieu lorsque le système évolue d'un état initial vers un état final.

L'objectif de l'activité est de montrer comment les chimistes modélisent une transformation chimique par une réaction chimique à l'aide de l'écriture d'une équation.

1.

Regarder la vidéo sur le "taxol" et expliquer l'intérêt de réaliser des synthèses chimiques.

2.

Lors de la combustion du méthane CH4 dans le dioxygène O2, une molécule de méthane réagit avec deux molécules de dioxygène pour former 1 molécule de dioxyde de carbone CO2 ainsi que deux molécules d'eau H2O :

Vérifier qu'il y a bien conservation de chacun des éléments chimiques et de la charge électrique.

3.

Écrire l'équation modélisant la transformation précédente en utilisant des formules chimiques.

4.

Donner une interprétation microscopique et macroscopique de cette équation.

5.

Cette équation permet de prévoir l'état final d'un système après réaction. Si on fait réagir : - mélange  : 2 moles de méthane CH4 avec 4 moles de dioxygène O2

- mélange  : 2 moles de méthane CH4 avec 6 moles de dioxygène O2

- mélange  : 3 moles de méthane CH₄ avec 4 moles de dioxygène O2

quelle sera la composition du mélange réactionnel après réaction pour chaque mélange ?

6.

L'équation suivante est-elle équilibrée en éléments et en charge ? ACTIVITÉS

CHAPITRE 7

 T RANSFORMATION CHIMIQUE

Constitution et ^{Thème I :}

transformation de la matière

A

CTIVITÉ

1 L A TRANSFORMATION CHIMIQUE

Doc. 1  La réaction chimique

Un réactif est une espèce chimique introduite dans l'état initial et qui va être consommée lors de la transformation.

Un produit est une espèce chimique qui va être formée lors de la transformation.

Au cours d'une réaction chimique, certaines liaisons chimiques vont se rompre dans les réactifs et de nouvelles liaisons vont se former pour donner les produits.

Réactifs → Produits

Une réaction chimique est une modélisation de la transformation chimique subie par un système chimique.

Au cours d’une réaction chimique il y a conservation des éléments chimiques et de la charge électrique.

réactifs

produits

réactifs

Conservation des éléments :

Conservation de la charge :

2MnO

4–

+ 5H

2

O

2

+ 6H

⁺

→ 2Mn

²⁺

+ 5O

2

+ 8H

2

O

produits

Conservation des éléments :

Conservation de la charge :

(3)

7.

On mélange du dioxygène et du dihydrogène. À l'approche d'une flamme il y a alors formation d'eau.

Identifier les réactifs et les produits. Écrire l'équation équilibrée de la réaction chimique.

8.

On mélange du propane C3H8 dans du dioxygène. La combustion complète donne du dioxyde de carbone et de l'eau.

Identifier les réactifs et les produits. Écrire l'équation équilibrée de la réaction chimique.

9.

Ajuster les nombres stœchiométriques des équations suivantes : C2H6O + C2H4O2 → H2O + C4H8O2

Al + Fe2O3 → Fe + Al2O3

Zn + H⁺ → Zn²⁺ + H2 Al + Cl2 → AlCl3

H3PO4 + H2O → H3O⁺ + HPO42–

Le tartre est un dépôt solide de carbonate de calcium CaCO3 qui se retrouve dans les appareils utilisant de l'eau.

Lorsqu'une bouilloire, une machine à laver ou un chauffe-eau est entartré, ses performances sont réduites.

Ainsi, il est important de détartrer ces appareils régulièrement avec du vinaigre blanc par exemple.

Quelle quantité de vinaigre blanc doit-on utiliser pour détartrer complètement le fond d'une bouilloire ?

1.

Doc. 1 : Identifier les réactifs et les produits de la réaction de détartrage.

2.

Doc. 1 : En déduire l'équation de la réaction ayant lieu lors du détartrage.

3.

Doc. 1 : Quel est le réactif limitant quand la bouilloire est complètement détartrée ?

4.

Doc. 1 : Si l'on considère une couche de 1mm d'épaisseur de tartre au fond de la bouilloire, soit 60,0g de CaCO3, quel est le bon volume de vinaigre à ajouter ?

5.

Doc. 3 : Vérifier la réponse avec les résultats d'expériences proposés.

6.

Peut-on identifier le réactif limitant avant d'effectuer une réaction ?

Doc. 2  Méthode pour écrire l'équation chimique associée à une transformation

Il faut se poser les questions suivantes :

 Quels sont les réactifs (espèces introduites) ?  Écrire les formules des réactifs à gauche de la flèche.

Ne pas écrire les formules des espèces spectatrices qui ne participent pas à la transformation.

 Quels sont les produits (espèces formées) ?  Écrire les formules des produits à droite de la flèche.

 Ajuster les coefficients à mettre devant chaque formule (coefficients stœchiométriques) pour respecter : - la conservation de la charge électrique,

- et des éléments.

Commencer par ajuster les coefficients des éléments qui n'interviennent qu'une fois dans les réactifs et dans les produits. Ne pas modifier les formules des réactifs et des produits pour équilibrer une équation !

 Vérifier la conservation de chaque élément et de la charge électrique.

A

CTIVITÉ

2 U N DÉTARTRAGE COMPLET ?

Doc. 1  Acide et calcaire

• Le tartre est un dépôt solide de calcaire sous la forme de carbonate de calcium CaCO3.

• Pour l'éliminer, il faut transformer cette espèce solide en espèces solubles dans l'eau. Cela peut se faire par une réaction acido- basique entre un acide et le carbonate de calcium.

• Le vinaigre ménager (ou vinaigre blanc, cristal ou d'alcool) contient de l'acide éthanoïque, CH3CO2H.

Lors de la réaction entre le carbonate de calcium et l'acide éthanoïque, on fait le constat suivant :

- un dégagement gazeux qui trouble l'eau de chaux ; - la quantité d'eau dans le système augmente ;

- il se forme des ions calcium Ca²⁺ et des ions acétate CH3CO2–. Ainsi, le carbonate de calcium solide s'est transformé en produits solubles dans l'eau ou gazeux.

Doc. 2  Astuce de grand-mère !

Internet regorge de trucs et astuces pour le détartrage d'une bouilloire mais peu de sites s'accordent sur les quantités à utiliser :

- certains recommandent de mettre un verre d'eau de vinaigre blanc à 12°, soit environ 200mL,

- d'autres conseillent de mettre la moitié de la bouteille d'1L de vinaigre à 12°,

- et d'autres encore proposent de mettre toute la bouteille de vinaigre.

Un vinaigre à 12° contient 12g d'acide éthanoïque pour 100mL de solution.

Doc. 3  Résultats d'expérience

Les trois quantités citées ont été testées sur 60g de carbonate de calcium.

Voici les résultats obtenus :

- avec 200mL de vinaigre, il reste un important dépôt solide ;

- avec la moitié de la bouteille de vinaigre (0,5L), il reste un dépôt solide ;

- avec la bouteille entière (1L), il n'y a plus aucun solide présent au fond de la bouilloire.

Données :

Une mole de carbonate de calcium a une masse de 100g.

Une mole d'acide éthanoïque a une masse de 60,0g.