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Ch 5 : Changement de couleur et réaction chimique PARTIE 2: Avancement d’une réaction chimique

I) Description d’un système chimique Lors d’une transformation chimique, la composition du système chimique évolue d’un état initial à un état final. L’état initial : instant où les espèces du système chimique sont mises en contact L’état final : instant où la composition du système chimique n’évolue plus Pour rappel, l’état d’un système chimique est décrit à un instant donné en indiquant: - la nature des espèces chimiques et leur état physique; - la quantité de matière des différentes espèces - la température et la pression

II) Proportions stoechiométriques « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » Rappel, une équation de réaction chimique s’écrit comme ceci: Réactifs  Produits On définit les « nombres stoechiométriques » comme étant les proportions dans lesquelles les réactifs sont consommés et les produits apparaissent Antoine Lavoisier, chimiste Français, 1743-1794 Si les réactifs sont consommés à l’état final, le mélange est dit stoechiométrique. Exemple : Equilibrons les nombres stoechiométriques 1 I2 (aq) + 2 S2O32- (aq)  2 I- (aq) + 1 S4O62- (aq)

III) Avancement de la réaction Définition : Avancement d’une réaction, noté x, exprimée en mol: grandeur permettant de décrire l’évolution des quantités de matières d’un système chimique au cours d’une transformation. Etat initial: x = 0 mol Etat final: x = xmax

IV) Réactif limitant Lorsque le mélange des réactifs n’est pas stoechiométrique, un des réactifs peut avoir été totalement consommé alors qu’au moins, un des autres est encore présent. On appelle réactif limitant, le réactif totalement consommé. Les autres réactifs sont en excès. Méthode de détermination du réactif limitant : Soit la réaction chimique suivante : a.A + b.B  c.C + d.D - Le réactif A est limitant si ni(A)/a < ni(B)/b - Le réactif B est limitant si ni(B)/b < ni(A)/a - Le mélange est stoechiométrique si ni(A)/a = ni(B)/b ni représentant la quantité de matière initiale d’une espèce.

V) Description de l’état final Les quantités de matières de réactifs restant à l’état final s’obtiennent par différence entre la quantité de matière initiale ni et la quantité consommée Soit la réaction chimique suivante : a.A + b.B  c.C + d.D ayant atteint l’avancement xf , les quantités de matières nf des espèces chimiques présentes dans le système à l’état final sont données par : - nf(A) = ni(A) – a . xf - nf(B) = ni(B) – b . xf - nf(C) = c . xf - nf(D) = d . xf Si A est le réactif limitant alors ni(A) – a . xf = 0 soit xf = ni(A) / a

Quantité de matière (mol) VI) Tableau d’avancement Tableau d’avancement : il décrit l’évolution des quantités de matière, de l’état initial à l’état final, en fonction de l’avancement x. De manière générale : Equation a. A + b. B  c.C + d.D Etat Avancement Quantité de matière (mol) Initial xi =0 ni(A) ni(B) En cours xf ni(A)-a.xf ni(B) –b.xf c.xf d.xf Final xf =xmax ni(A)-a.xmax ni(B) –b.xmax c.xmax d.xmax

VII) Exemple détaillé Soit la réaction chimique suivante : xi =0 Equation 1 I2 (aq) + 2 S2O32- (aq)  2 I- (aq) + 1 S4O62- (aq) Etat Avancement Quantité de matière (mol) Initial xi =0 ni(I2) ni(S2O32- ) En cours xf ni(I2)-1.xf ni(S2O32- ) –2.xf 2.xf 1.xf Final xf =xmax ni(I2)-1.xmax ni(S2O32- ) –2.xmax 2.xmax 1.xmax