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Physique-Chimie 1re

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Chapitre 3


Cours




2
Le tableau d’avancement

Éviter les erreurs

Les quantités initiales nAn_\text{A} et nBn_\text{B} ne dépendent pas des nombres stœchiométriques.

Pas de malentendu

Même si mathématiquement deux valeurs de xmaxx_\text{max} sont calculables, seule la plus petite des deux a un sens pour le chimiste : on l’attribue au réactif limitant. Pourquoi ? Si on retenait la plus grande des deux, il y aurait des quantités négatives de réactifs restants, ce qui n’a chimiquement pas de sens !

B
Le tableau d’avancement

Le tableau d’avancement est un outil permettant de comprendre l’évolution d’un système chimique.

Il permet de déterminer la composition finale de ce système en s’appuyant sur la notion d’avancement.

Un tableau d’avancement est toujours de la forme :

Tableau avancement cours

Vocabulaire

    • L’avancement xx : il s’agit de la quantité de réactif ayant réagi dans le cas particulier où le coefficient stœchiométrique de ce réactif vaut 1. L’avancement correspond aussi à la quantité d’un produit formé dans le cas particulier où le coefficient stœchiométrique de ce produit vaut 1.

    • xxmax : la valeur maximale de l'avancement qui correspond à la fin de la réaction (consommation totale de A\text{A} et/ou B\text{B}).

A
L’avancement d’une réaction

Il s’agit d’une grandeur permettant de suivre la réaction ; elle se note xx et s’exprime en mole (mol). L'avancement correspond à la quantité de matière consommée pour un réactif dont le nombre stœchiométrique vaut 1.
À l’état initial, l’avancement est nul et il atteint sa valeur finale quand la réaction est terminée (doc. 2).


Exemple : S2O82(aq)+2I(aq)2SO42(aq)+I2(aq)\mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{8}^{2-}(\mathrm{aq})+2\, \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow 2\, \mathrm{SO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq})+\mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})
Si on note xx la quantité de I2\text{I}_2 formée, l’équation de la réaction permet de déduire que :
  • la quantité de SO42\mathrm{SO}_{4}^{2-} formée est de 2x2x mol ;
  • la quantité de S2O82\mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{8}^{2-} formée est de xx mol ;
  • la quantité de I\mathrm{I}^{-} consommée est 2x2x mol.

C
Détermination de la composition finale du système

Celui des deux réactifs (A\text{A} et B\text{B}) qui s’épuise le premier est dit réactif limitant. Pour identifier le réactif dont il s’agit, il faut comparer les deux valeurs xmax1x_\text{max1} et xmax2x_\text{max2} qui vérifient les équations :
n0(A)3xmax1=0n_{0}(\mathrm{A})-3 x_{\max1 }=0 et n0(B)xmax2=0n_{0}(\mathrm{B})-x_{\max2 }=0.
On ne retient que la plus petite de ces deux valeurs pour compléter la dernière ligne du tableau, avec les valeurs numériques correspondant au système chimique étudié.

Doc. 2
Évolution de l’avancement

Évolution de l'avancement

3
Les proportions stœchiométriques


Pas de malentendu

Au cours d’une transformation totale, l’avancement final xfx_\text{f} est égal à l’avancement maximal xmaxx_\text{max}.

Vocabulaire

    • Proportions stœchiométriques : mélange des réactifs dans les proportions indiquées par les nombres stœchiométriques.

    • Avancement final : celui qui correspond réellement à l’état final.

A
Définition

Lorsque les réactifs s’épuisent tous en même temps, on dit qu’ils ont réagi dans les proportions stœchiométriques.

Ces proportions dépendent des nombres stœchiométriques dans l’équation bilan.

Dans l’exemple présenté dans la partie 2. B. du cours, cela impliquerait que :
n0(A)3=n0(B)1\dfrac{n_{0}(\text{A})}{3}=\dfrac{n_{0}(\text{B})}{1} soit n0(A)=3n0(B)n_{0}(\text{A})=3\, n_{0}(\text{B}).
On trouverait alors : xmax=n0(A)3=n0(B)x_{\max }=\dfrac{n_{0}(\text{A})}{3}=n_{0}(\text{B}). En fin de réaction, il n’y aurait plus aucun des deux réactifs (voir doc. 3).

B
Comparer l’avancement final à l’avancement maximal

De façon implicite, on s’attend à vérifier expérimentalement qu’à l’état final on aura bien atteint l’avancement maximal xmaxx_\text{max} tel que calculé dans le tableau d’avancement.

Pourtant, il est judicieux de le vérifier car ce n’est pas forcément toujours le cas et pour une réaction dite limitée ou équilibrée, l’avancement final xfx_f déterminé expérimentalement peut être inférieur à xmaxx_\text{max} (voir Activité 3, p. 52).

1
Qu'est-ce qui caractérise une transformation chimique ?


Doc. 1
Conservation de la masse

La conservation de la masse

Supplément numérique

La conservation de la masse

Vocabulaire

    • Nombre stœchiométrique : nombre qui permet d’ajuster une équation bilan.

B
Les nombres stœchiométriques

Une transformation chimique est modélisée par une équation bilan qui rend compte des proportions dans lesquelles les réactifs réagissent et les produits se forment.

Les coefficients qui permettent d’ajuster une équation bilan s’appellent les nombres stœchiométriques.

Éviter les erreurs

Il faut repérer une recombinaison des atomes entre eux pour valider l’existence d’une transformation chimique. Sinon c’est une transformation physique.

A
L’évolution des quantités de matière

Au cours d’une transformation chimique, des réactifs sont consommés et des produits sont formés. Les quantités de matière correspondantes évoluent jusqu’à la fin de la réaction : les quantités des réactifs diminuent, celles des produits augmentent.
La masse globale du système est quant à elle conservée (doc. 1).


À l’échelle macroscopique, on décrit le système chimique et son évolution par un modèle, celui de la réaction chimique et de l’équation de la réaction qui lui est associée.
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