La réaction chimique. Remarque préalable: préalable: Il est difficile, à notre niveau, de traiter ce chapitre de façon uniquement théorique et abstraite. Le parti pris ici est de développer les connaissances à partir d'un exemple. Il appartient à chacun d'assimiler les notions présentées à partir de cet exemple de façon à pouvoir les utiliser dans d'autres cas. I. Les transformations chimiques. 1. Exemple.
Le dihdro!"ne peut réa!ir de façon explosive avec le diox!"ne pour donner de l'eau. #ous supposerons qu'il reste du diox!"ne à la fin de la transformation. 2. Système et transformation chimique.
Le sst"me chimique est chimique est constitué par l'ensemble des esp"ces chimiques auxquelles on s'intéresse. L'état d'un sst"me chimique sst"me chimique est caractérisé par: Les !randeurs phsiques $ %pression du ou des !a& et ( %température , L'état phsique, liquide %l, solide %s, !a&eux %! et aqueux %aq des esp"ces présentes, Les quantités de mati"re des esp"ces présentes.
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)n prendra l'habitude de représenter l'état d'un sst"me comme il est indiqué ci*contre: La transformation chimique est chimique est le passa!e du sst"me de l'état initial à l'état final %voir ci*contre. Le réactif limitant %ou limitant %ou réactif en défaut est le réactif totalement consommé par la réaction. Il n'en reste plus à la fin de la réaction. +'est le cas du dihdro!"ne ici. II. La réaction chimique et son équation. 1. La réaction chimique.
La réaction chimique modélise la transformation chimique subie par un sst"me. 2. L'équation (ou équation-ilan! "'une réaction.
a. L'équation d'une réaction est l'écriture smbolique d'une réaction chimique. lle comporte: • •
-ne fl"che qui indique le sens de la transformation, !auche de la fl"che, les smboles smboles des réactifs séparés par des si!nes /,
•
•
droite de la fl"che, les smboles des produits de la transformation séparés par des si!nes /. 0es nombres stoechiométriques, placés devant chaque smbole, choisis de telle façon que la loi de conservation des éléments soit satisfaite. )n dit qu'on a1uste les nombres stoechiométriques.
b. Remarques: • •
Le nombre stoechiométrique 2 n'est 1amais écrit. 3i la transformation met en 1eu des ions, l'a1ustement des nombres stoechiométriques doit aussi réaliser la conservation de la char!e électrique.
c. xemple:
d. 4quation et quantité de mati"re: Les nombres stoechiométriques indiquent dans quelles proportions les quantités de mati"res des réactifs réa!issent et ce quelques soient les quantités de mati"res des réactifs mis en présence. $ar exemple l'équation de la réaction de formation de l'eau donnée en 5 indique que: si x mol de )6 disparaissent alors 6x mol de 76 disparaissent aussi et il se forme 6x mol de 76). III. #$ancement et ilan "e matière. 1. #$ancement "e la réaction.
n reprenant l'exemple précédent, x est appelé avancement de la réaction à la date t. +e nombre permet de suivre l'évolution de la transformation et donc de caractériser le sst"me à un moment donné. L'avancement maximal xmax s'obtient en écrivant que les quantités de mati"res des réactifs sont tou1ours positives ou nulles. #ous supposerons, cette année qu'une réaction s'arr8te lorsqu'un des réactifs a été totalement consommé. +e réactif est appelé réactif limitant. Il est tel que sa quantité de mati"re est nulle %il n'en reste plus lorsque x9xmax, c'est*à*dire lorsque l'avancement est maximal. 0ans certains cas tous les réactifs sont totalement consommés. )n dit alors qu'ils ont été introduits dans les proportions stoechiométriques. 2. %ilan "e matière.
Rappelons que les quantités de mati"res peuvent 8tre déterminées à partir des masses ou des volumes %plus particuli"rement pour les !a& en utilisant les relations suivantes dé1à rencontrées:
m(X)
n% 9
V(G)
et M(X)
n%; 9 Vm
3upposons que l'on réalise une réaction chimique en mettant en présence <,6 mol de diox!"ne et <,6 mol de dihdro!"ne. 0ressons un bilan complet de mati"re. +e bilan est, en !énéral, présenté sous forme de tableau que l'on construit pro!ressivement.
4quation de la réaction
676 / )6 676) n%76i9<,6 n%)6i9<,6 n%76)i9<,<
=uantités de mati"res initiales %mol =uantités de mati"res de réactifs consommés n%7696x n%)69x n%76)96x et de produits formés à la date t %mol =uantités de mati"res présentes à la date t %mol n%76t9<,6*6x n%)6t9<,6*x n%76)t96x lorsque l'avancement est x =uantités de mati"res finales %mol n%76f 9<,6*6xmax n%)6f 9<,6*xmax n%76)f 96xmax lorsque l'avancement est xmax ce stade de l'étude, le tableau n'est pas complet car x max n'est pas connu et reste à déterminer. Il est possible de déterminer xmax de deux mani"res différentes: a. >éthode des quantités de mati"res tou1ours positives ou nulles.
n(H2)t = 0,2-2x
n(O2)t = 0,2-x
0 =>
2x 0,2
=> x
0,1
=> x
0,2
Les deux derni"res iné!alités sur x sont satisfaites pour x <,2. )n retiendra donc la valeur xmax9<,2 mol. Il devient alors possible de compléter la derni"re li!ne du tableau précédent.
4quation de la réaction
676 / )6 676) n%76i9<,6 n%)6i9<,6 n%76)i9<,<
=uantités de mati"res initiales %mol =uantités de mati"res de réactifs consommés n%7696x n%)69x n%76)96x et de produits formés à la date t %mol =uantités de mati"res présentes à la date t %mol n%76t9<,6*6x n%)6t9<,6*x n%76)t96x lorsque l'avancement est x =uantités de mati"res finales %mol n%76f 9<,< n%)6f 9<,2 n%76)f 9<,6 lorsque l'avancement est xmax Le dihdro!"ne est totalement consommé il appara?t comme le réactif limitant.
b. >éthode !raphique. )n trace dans le m8me rep"re les droites d'équations: n(H2)t=0,2-2x et n(O2)t=0,2-x.
Lorsque x cro?t, c'est*à*dire lorsque la réaction évolue, sa valeur maximale xmax est atteinte lorsque la droite n%76t9<,6*6x coupe l'axe des abscisses. )n a alors x max9<,2 mol. 0'une façon plus !énérale, xmax s'obtient en considérant les intersections des droites du !raphique avec l'axe des abscisses et en choisissant celle qui a l'abscisse la plus petite.
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