Fiche de révision : Évolution d’un système chimique

📋 Plan du Cours

1. Réaction chimique et espèces
2. Équation bilan et stœchiométrie
3. Avancement et tableau d’évolution
4. Réactif limitant et avancement maximal
5. Transformations non totales
6. Mélange en proportions stœchiométriques

📖 1. Réaction chimique et espèces

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction chimique : Transformation de certaines espèces chimiques, comme des atomes, des molécules ou des ions, en d’autres espèces, tout en conservant intégralement la matière et la masse globale.
• Réactifs : Espèces chimiques de départ d’une réaction dont la quantité de matière diminue au cours de celle-ci.
• Produits : Nouvelles espèces chimiques formées par une réaction dont la quantité de matière augmente au cours de celle-ci.
• Espèces spectatrices : Espèces qui ne sont pas affectées par la réaction et dont la quantité de matière reste constante.
• Catalyseur : Un catalyseur est une espèce chimique qui augmente la vitesse d’une réaction en participant à son mécanisme, tout en étant régénérée à l’issue de celle-ci.

💡 Astuce mémo

Réactifs consommés, produits formés

📖 2. Équation bilan et stœchiométrie

🔑 Notions clés & Définitions

• Coefficients stœchiométriques : Plus petits nombres entiers placés devant les espèces dans une équation bilan équilibrée.

★ À maîtriser

📌 Une équation bilan modélisant une transformation chimique doit être équilibrée afin de conserver, pour chaque élément chimique, le même nombre d’atomes avant et après la réaction.

Compléments

• La réaction entre le diiode et les ions thiosulfate s’écrit $\mathrm{I_2 + 2\,S_2O_3^{2-} \rightarrow 2\,I^- + S_4O_6^{2-}}$.

• La précipitation du sulfate de cuivre par la soude est modélisée par $\mathrm{Cu^{2+} + 2\,HO^- \rightarrow Cu(OH)_2}$.

📖 3. Avancement et tableau d’évolution

🔑 Notions clés & Définitions

• Avancement : Nombre noté x et exprimé en moles, qui décrit l’évolution d’un système chimique en exprimant les quantités de matière des réactifs et des produits à tout instant.
• Tableau d’avancement : Tableau qui décrit, en fonction de l’avancement x, l’évolution des quantités de matière d’un système de l’état initial à l’état final.

★ À maîtriser

📌 Dans un tableau d’avancement, les variations des quantités de matière sont déterminées par les coefficients stœchiométriques de l’équation, multipliés par l’avancement x.

Compléments

• Pour la réaction $\mathrm{I_2 + 2\,S_2O_3^{2-} \rightarrow 2\,I^- + S_4O_6^{2-}}$, les quantités intermédiaires s’écrivent respectivement $n(\mathrm{I_2})=n_0(\mathrm{I_2})-x$, $n(\mathrm{S_2O_3^{2-}})=n_0(\mathrm{S_2O_3^{2-}})-2x$, $n(\mathrm{I^-})=2x$ et $n(\mathrm{S_4O_6^{2-}})=x$.

📖 4. Réactif limitant et avancement maximal

🔑 Notions clés & Définitions

• Réactif limitant : Réactif qui disparaît lorsque la réaction s’arrête.

★ À maîtriser

• Pour déterminer l’avancement maximal, on calcule, pour chaque réactif, la valeur de l’avancement qui annule sa quantité de matière ; la plus petite de ces valeurs est l’avancement maximal et identifie le réactif limitant.

Compléments

📐 Formule - Pour deux réactifs A et B de coefficients stœchiométriques a et b, le plus petit des rapports $\frac{n(A)}{a}$ et $\frac{n(B)}{b}$ correspond au réactif limitant.

📐 Formule - L’avancement maximal vaut $X_{\max}=\frac{n(\text{réactif limitant})}{\text{coefficient stœchiométrique du réactif limitant}}$.

💡 Astuce mémo

Le premier réactif épuisé fixe Xmax

📖 5. Transformations non totales

★ À maîtriser

📌 Dans une transformation non totale, aussi dite limitée ou équilibrée, l’avancement final est inférieur à l’avancement maximal alors qu’aucun réactif n’est totalement épuisé.

Compléments

📌 Pour déterminer l’avancement final d’une transformation non totale, il faut connaître au moins une quantité de matière finale.

💡 Astuce mémo

Transformation non totale : Xf < Xmax, sans réactif épuisé

📖 6. Mélange en proportions stœchiométriques

🔑 Notions clés & Définitions

• Proportions stœchiométriques : Quantités initiales de réactifs qui permettent à tous les réactifs d’être épuisés en même temps.

📝 Points essentiels

• Dans le mélange de 100 mL de solution contenant $[\mathrm{Cu^{2+}}]=0{,}10\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$ et de 100 mL de solution contenant $[\mathrm{HO^-}]=0{,}20\ \mathrm{mol\,L^{-1}}$, la réaction $\mathrm{Cu^{2+}+2\,HO^-\rightarrow Cu(OH)_2}$ donne les quantités initiales 0,010 mol de $\mathrm{Cu^{2+}}$ et 0,020 mol de $\mathrm{HO^-}$.

• Dans cet exemple, les quantités finales sont nulles pour $\mathrm{Cu^{2+}}$ et $\mathrm{HO^-}$, tandis que 0,010 mol de $\mathrm{Cu(OH)_2}$ est formée.

💡 Astuce mémo

Tous les réactifs s’épuisent ensemble