Rappels –rappels –rappels –rappels tableau descriptif d’evolution d’un systeme chimique : exemple








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06/02/2009

RAPPELS –RAPPELS –RAPPELS –RAPPELS




  1. TABLEAU DESCRIPTIF D’EVOLUTION D’UN SYSTEME CHIMIQUE : EXEMPLE





  1. La transformation chimique étudiée


On réalise la combustion de m = 10,8 g d’aluminium dans V= 9,60 L de dioxygène. Le dioxygène est en excès. On obtient de l’oxyde d’aluminium de formule Al2O3.
Données : - M ( Al ) = 27,0 g.mol-1

  • volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience 

( T=25 °C, P= 1 atm ) : Vm = 24,0 L.mol –1
2) Schématisation de la transformation

Système dans l’état initial ( E. I.) Système dans l’état final ( E. F. )

Réactifs :





  • …………………………..




  • …………………………….



Produits et éventuellement réactifs restant :


  • ………………………….




  • ……………………….


( T=25°C, P = 1 atm ) ( T=25 °C, P= 1 atm )

TRANSFORMATION

CHIMIQUE



3) Equation de la réaction
Equation de la réaction chimique modélisant cette transformation :



……………………………………………  …………………………………………….

4) Signification de l’équation de la réaction
Les nombres stœchiométriques de l’équation de la réaction donnent les proportions en mole dans lesquelles s’effectue la transformation chimique :
.x moles d’aluminium réagissent avec …x moles de dioxygène pour donner …x moles d’oxyde d’aluminium.


Le nombre x est appelé avancement de la réaction et s’exprime en mole ( mol ).

5 ) Tableau descriptif
Les paragraphes suivants 6, 7 et 8 indiquent comment compléter le tableau d’évolution du système chimique ci-dessous.

Equation de la réaction




Etat du système

Avancement (mol)


Quantités de matière (mol)

Etat initial ( E. I )

0

ni(Al)=

ni(O2) =

ni(Al2O3) =

Etat intermédiaire

x










Etat final ( E. F. )

xmax= _____










6) Détermination des quantités initiales de réactifs ( et de produits )
Quantité initiale d’aluminium ni(Al):

Quantité initiale de dioxygène ni(O2) :

Quantité initiale d’oxyde d’aluminium ni(Al2O3) :

7) Expression des quantités de réactifs et de produits dans un état intermédiaire.
A un instant t quelconque au cours de la transformation quand l’avancement est x, …x moles d’aluminium ont réagi avec …x moles de dioxygène pour donner …x moles d’oxyde d’aluminium. Il reste donc ……………………. moles d’aluminium et …………………….moles de dioxygène et il s’est formé………………moles du produit oxyde d’aluminium.



8) Détermination des quantités de réactifs et de produits dans l’état final.
Dans l’état final l’avancement x = xmax , Il reste donc …………………moles d’aluminium et ……………. moles de dioxygène et il s’est formé …………………… moles du produit oxyde d’aluminium.
Détermination de xmax
En fin de réaction au moins l’un des deux réactif a disparu (le réactif limitant) on a donc :

……………………….=0 ou ……………………=0.
Résolvons ces deux équations.


La valeur de xmax qui convient est la plus petite des deux valeurs trouvées. En effet, en fin de réaction les valeurs des quantités de matière restantes doivent être positives.

La valeur de xmax étant connue la détermination de l’état final du système ne pose aucun problème : on remplace xmax par sa valeur dans la dernière ligne du tableau d’avancement (voir §5).

B) TABLEAU D’AVANCEMENT D’UNE REACTION : CAS GENERAL



Réactifs : A ; B

Produits : C ; D


Nombres stœchiométriques : a, b, c et d.
Equation bilan de la réaction : a A + b B c C + d D


Equation bilan de la réaction

a A + b B c C + d D

Etat du système

Avancement


Quantités de matière ( mol )

Etat initial ( E. I. )

0

ni(A)

ni(B)

ni(C)

ni(D)

Etat intermédiaire

x

………….

………….

………….

………….

Etat final

xmax

………….

………….

………….

………….



Dans le tableau d’évolution du système, les nombres qui précèdent l’avancement x sont les nombres _________________ de l’équation, précédés d’un signe __________pour les réactifs et d’un signe ___________pour les produits.

Détermination de xmax
En fin de réaction au moins l’un des deux réactifs a disparu (le réactif limitant s’il y en a un ), et donc :
____________________ = 0 ou / et _________________ = 0

On résout chacune des deux équations, deux cas peuvent alors se présenter :

- Cas 1



On obtient deux valeurs de xmax distinctes, le fait qu’en fin de réaction les valeurs des quantités de matière restantes doivent être positives impose que la valeur correcte de xmax est la plus petite des deux valeurs de xmax obtenues.
En fin de réaction le réactif limitant à totalement disparu. Il reste du réactif qui était en excès.

- Cas 2



On obtient deux valeurs identiques de xmax, la valeur de xmax est la valeur commune obtenue.
En fin de réaction, la totalité des réactifs à disparu. Cela signifie que les réactifs étaient dans les proportions stœchiométriques indiquées par les nombres stœchiométriques de l’équation bilan.


  1. REACTION D’OXYDOREDUCTION

  1. Oxydant et réducteur



Un oxydant est une entité chimique susceptible de _________________ un ou plusieurs électrons.
Un réducteur est une entité chimique susceptible de _______________ un ou plusieurs électrons.
Exemple Considérons la réaction d’oxydoréduction d’équation bilan : Cu2+ + Fe  Cu + Fe2+
Fe est un réducteur il ___________ 2 électrons à l’ion Cu2+ pour se transformer en_________________. Cu2+ est un oxydant il _____________ les 2 électrons pour se transformer en _________________________.


  1. Couple oxydant réducteur
A tout oxydant est associé un réducteur ( appelé réducteur conjugué) et réciproquement. On a affaire à un couple oxydant réducteur que l’on notera ox/réd.



Un oxydant et son réducteur conjugué sont liés par une écriture formelle* appelée

demi-équation d’oxydoréduction :

Ox + ne- = réd
* Ne correspond à aucune réaction chimique, les électrons libres n’existent pas en solution aqueuse.
Exemples : - couple Cu2+/ Cu ;demi-équation associéé : ____________________________

-couple Fe2+/Fe ; demi-équation associée : ____________________________

- couple I2/ I- ; demi-équation associée : ____________________________

  1. Réaction d’oxydoréduction


Un réaction d’oxydoréduction résulte du transfert d’un ou plusieurs électrons du réducteur d’un couple ox1/red1 à un oxydant d’un autre couple ox2/red2.
a red1 + b ox2  c ox1 + d red2

Toute réaction d’oxydoréduction peut être considérée comme la « somme » des deux demi équations relatives aux couples ox1/red1 et ox2/red2.


Exemple :


3) Méthode utilisée pour écrire l’équation bilan d’une réaction d’oxydoréduction.

Exemple : Les ions permanganate MnO4- (aq) réagissent en milieu acide avec le peroxyde d’hydrogène

H2O2 ( aq) d’une solution d’eau oxygénée selon une réaction d’oxydoréduction. Les couples mis en jeu sont les couples MnO4-/ Mn2+ et O2 / H2O2 . On souhaite établir l’équation bilan associée à cette réaction.


  1. On établie les demi-équations relatives à chacun des deux couples mis en jeu.

Couple oxydant réducteur

O2 / H2O2

MnO4-/ Mn2+

Etape 1 : on équilibre les éléments autres que H et O

Etape 2 : On équilibre O en ajoutant H2O

Etape 3 : On équilibre H en ajoutant H+

Etape 4 : On équilibre les charges électriques en ajoutant des électrons e-



IL EST PRIMORDIAL DE BIEN SUIVRE CHACUNE DES ETAPES DANS L’ORDRE OU ELLES SONT INDIQUEES

  1. On combine les deux demi-équations de façon à éliminer les électrons.





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