Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 6
Travailler autrement
Classe inversée

Avancement et Python

Objectif : Déterminer des avancements finaux à l'aide de Python.

A
Présentation du programme

Coder en python, quel intérêt en chimie ? Avec l'étude des équilibres, programmer peut offrir de nombreuses clés pour prévoir des états finaux de système chimique.

La prévision des quantités de matière à l'état final est un enjeu important, notamment pour les synthèses pour lesquelles des enjeux économiques imposent aux industriels d'améliorer les rendements à moindre coût.

La forme générale de l'équation d'une réaction non totale, présentant un équilibre chimique avec coexistence de tous les produits et de tous les réactifs, est :

, avec une constance d'équilibre .

1. Évolution des quantités de matière de chaque espèce lors de la réaction

 import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
# La reaction consideree est A + B -> C + D
# Coefficients stoechiometriques
a, b, c, d = 1, 1, 1, 1
# Quantites de matiere initiales et volume initial
n_iA, n_iB, n_iC, n_iD = 0.1, 0.1, 0, 0
V = 100.0e-3
# Constante d'equilibre
K = 1e-1
# Calcul de l'avancement final et generation des valeurs de x entre 0 mol et xmax
xmax = min(n_iA/a, n_iB/b)
x = np.arange(0, xmax, xmax/10000.0)
tau = x/xmax
# Calcul des quantites de matiere et du quotient de reaction a chaque avancement x
#n_A = # A complete
#n_B = # A complete
#n_C = # A complete
#n_D = # A complete
#Q_r = # A complete
# Determination de l'avancement final x_f
#for i in range(len(x)) :
#    if (# A complete) :
#        x_f = x[i]
#        i = i+1
#    else :
#        continue
plt.subplot(2,1,1)
plt.ylabel('Quantites de matiere \n de A, B, C et D (mol/L)', fontsize=8)
plt.title('Evolutions des concentrations', fontsize=8)
plt.grid()
plt.axis(xmin=0, xmax=1)
#plt.axvline(x = x_f/xmax, label = '$\\tau_f$')
#plt.plot(tau, n_A, color = 'red', label='$n_A$')
#plt.plot(tau, n_B, color = 'blue', label='$n_B$')
#plt.plot(tau, n_C, color = 'green', label='$n_C$')
#plt.plot(tau, n_D, color = 'orange', label='$n_D$')
plt.legend()
plt.show()
plt.subplot(2,1,2)
plt.xlabel('Taux d\'avancement $\\tau$', fontsize=8)
plt.ylabel('Constante de reaction $Q_r$ \n et constante d\'equilibre $K$', fontsize=8)
plt.title('Evolution du quotient de reaction \n en fonction de l\'avancement', fontsize=8)
#plt.axvline(x = x_f/xmax, label = '$\\tau_f$')
plt.axis(xmin=0, xmax=1)
plt.plot(tau, K*np.ones(len(x)), color = 'blue', label='$K$')
#plt.plot(tau, Q_r, color = 'red', label='$Q_r$')
plt.yscale('log')
plt.legend()
plt.show()
#print('L\'avancement final correspond a x_f = ' + str(x_f) + ' mol, soit un taux d\'avancement final tau_f = ' + str(x_f/xmax) + '.')

2. Certaines lignes ne sont pas complétées. Utilisez la console Python pour effectuer des tests de programmation.

B
Finalisation du programme

1. Le programme, dans un premier temps, doit pouvoir calculer les quantités de matière à chaque nouvel avancement . À l'aide d'un tableau d'avancement, compléter les lignes 22 à 25 permettant de calculer les quantités de matière et .

2. Décommenter les lignes 42 à 45 permettant de représenter l'évolution des quantités de matière au cours de l'avancement .

Le quotient de réaction est une grandeur ne dépendant que des concentrations des espèces chimiques en solution. Le solvant et les solides n'ont pas d'influence :

On considère un volume constant au cours de la réaction. La concentration standard , évoquée dans le chapitre, n'est pas abordée ici.

3. Compléter la ligne 26 permettant de calculer le quotient de réaction à chaque avancement .

4. Décommenter la ligne 55 permettant d'afficher l'évolution de en fonction de l'avancement .

La boucle permettant la détermination de l'avancement final , entre les lignes 29 et 34, nécessite une condition pour être fonctionnelle. Pour une réaction chimique, si atteint la constante d'équilibre , l'avancement final est atteint.

5. Décommenter les lignes 29 à 34 ainsi que les lignes 41, 52 et 60. Écrire la condition permettant la détermination de l'avancement final et lancer le programme.

6. Utiliser le programme et l'adapter, si besoin, aux différents exercices du chapitre 6 pour vérifier les applications numériques.

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