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Exercices

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Construire un tableau d’avancement : 18
26

Savoir décrire l’évolution d’un système : 13
31

Déterminer la composition d’un système à l’état final : 16
DIFF
31

Comparer l’avancement final à l’avancement maximal : 28

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Pour s'échauffer

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5
Deux exemples de transformations

◆ S’agit-il de transformations physique ou chimique ?

a.

C a C O_{3} (s) \to C a^{2 +} (a q) + C O_{3}^{2 -} (a q)

Transformation physique.
Transformation chimique.

b.

C a C O_{3} (s) \to C a O (s) + C O_{2} (g)

Transformation physique.
Transformation chimique.

6
Loi de conservation

◆ Au cours d’une transformation chimique, observe-t-on la conservation :

a. de la masse ?
b. de la quantité de matière ?
c. du volume ?

7
L’avancement $x$

◆ À quoi correspond l’avancement d’une réaction pour une équation dans laquelle tous les coefficients stœchiométriques valent 1 ?

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8
L’état initial d’une réaction

◆ Doit-on prendre en compte les coefficients stœchiométriques d’une équation bilan pour définir l’état initial ?

9
$x$ _max(1) et $x$ _max(2)

◆ Pourquoi est-on susceptible de trouver plusieurs valeurs pour

x_{max}

? Pourquoi est-ce la plus petite des deux valeurs qui est la bonne ?

10
Les conditions stœchiométriques

◆ À quel état du système chimique correspondent-elles en fin de réaction ?

11
Le réactif limitant

◆ Est-ce forcément celui dont la quantité de matière initiale est la plus faible ?

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Pour commencer

Relier quantité de matière et transformation chimique

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12
Comprendre une équation bilan

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

La modélisation de la combustion du méthane peut s’écrire :
...

C H_{4} (g) +

...

O_{2} (g) \to

...

C O_{2} (g) +

...

H_{2} O (g) .

1. Équilibrer cette équation bilan.

C H_{4} (g) +

O_{2} (g) \to

C O_{2} (g) +

H_{2} O (g)

.

2. Quelle information apporte cette équation bilan ?

3. Comment appelle-t-on les coefficients devant le symbole des molécules ? Ont-ils une signification à l’échelle microscopique ? macroscopique ?

Torchère de gaz (Lincolnshire, Angleterre).

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13
Changer d’échelle : du microscopique au macroscopique

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

En cours de chimie, l’utilisation de modèles moléculaires est courante. Ils permettent de montrer la conservation de la matière lors d’une transformation chimique, comme ci-dessous lors de la décomposition de l’eau.

1. Écrire l’équation bilan correspondante.

2. De ces deux interprétations, laquelle est la bonne ?
a. Deux molécules d’eau réagissent pour donner deux molécules de dihydrogène et une molécule de dioxygène.
b. On obtient autant de molécules dihydrogène et moitié moins de molécules dioxygène qu’il y a de molécules d’eau ayant réagi.

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14
Utiliser des nombres fractionnels

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

En présence d’alcool, les ions dichromate

C r_{2} O_{7}^{2 -}

se transforment en ions chrome (III)

C r^{3 +}

(passage de l’orange au vert). L'équation bilan correspondante est :

C r_{2} O_{7}^{2 -} (a q) + \frac{3}{2} C_{2} H_{5} O H (l) + 8 H^{+} (a q) \to

\frac{3}{2} C H_{3} C O_{2} H (l) + 2 C r^{3 +} (a q) + \frac{1 1}{2} H_{2} O (l)

1. Est-il possible d’écrire une équation bilan de cette manière ? Expliquer.

2. Réécrire cette équation ajustée avec des coefficients stœchiométriques non fractionnaires.

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Trouver le réactif limitant

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18
Construire un tableau d’avancement

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

On fait réagir 0,34 g de méthylamine avec 0,44 cm³ de butane-2,3-dione. Il se forme une imine qui possède une odeur prononcée de pop-corn. Voici l’équation de la réaction :

Butane - 2,3 - dione C_{2} O_{2} (C H_{3})_{2} + Methylamine N H_{2} C H_{3} \to Imine C O C N (C H_{3})_{3} + Eau H_{2} O

1. Déterminer les quantités de matière des réactifs à l’état initial.

2. Construire le tableau d’avancement correspondant.

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Formes

Dessinez ici

3. En déduire le réactif limitant ainsi que les quantités de matière finales.

Données

Méthylamine : $M_{m} =$ 31,0 g·mol^-1;
Butane-2,3-dione : $M_{b} =$ 86,0 g·mol^-1;
$ρ_{b} =$ 0,99 kg·L^-1.

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19
Déterminer un volume de gaz

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

La levure chimique est utilisée pour faire des gâteaux. Elle contient 0,2 mol d’hydrogénocarbonate de sodium (

NaHCO_{3}

) ainsi que 2 mol d’acide tartrique (qui libère 4 mol d’ions

H^{+}

), tous deux solides. À froid, en présence d’eau, on observe un dégagement de dioxyde de carbone, ce qui fait lever la pâte à pain :

N a H C O_{3} (s) + H^{+} (a q) \to N a^{+} (a q) + H_{2} O (l) + C O_{2} (g)

1. Déterminer la masse de chacun des produits.

2. Calculer le volume de dioxyde de carbone ainsi produit.

Donnée

Le volume molaire des gaz est pris égal à $V_{m} =$ 24 L·mol^-1.

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20
Importance des conditions expérimentales

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

Dans l’exercice 19
on étudie le mode d’action de la levure chimique à froid. Cependant, lors de la cuisson au four, la réaction se fait à chaud, et non plus à froid. L’équation bilan de la réaction est alors :

2 N a H C O_{3} (s) \to N a_{2} C O_{3} (s) + H_{2} O (l) + C O_{2} (g)

1. Pourquoi la question de la nature du réactif limitant ne se pose-t-elle plus ici ?

2. La levure contient 0,2 mol de bicarbonate de soude (

NaHCO_{3}

), déterminer le volume de gaz carbonique produit.

Donnée

Dans les conditions de l’expérience, le volume molaire des gaz vaut $V_{m} =$ 30 L·mol^-1.

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21
Quelques calculs en QCM

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

On étudie la réaction de la combustion du dihydrogène que l’on retrouve dans les réacteurs de certaines fusées :

2 H_{2} (l) + O_{2} (l) \to 2 H_{2} O (l)

.
Choisissez la ou les bonnes réponses pour chaque cas.

1. On fait réagir 2,0 g de

H_{2}

avec 1,0 g de

O_{2}

a. les proportions stœchiométriques ont été respectées.

H_{2}

est le réactif limitant.

O_{2}

est le réactif limitant.

2. On fait réagir 0,8 g de

H_{2}

avec 0,4 g de

O_{2}

a. les proportions stœchiométriques ont été respectées.

b. il va se former 1,2 mol d’eau.

c. il va se former 14,4 g d’eau.

Données

$M (H) =$ 1,0 g·mol^-1 ;
$M (O) =$ 16,0 g·mol^-1.

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Supplément numérique

A
Compléter un tableau d’avancement

✔ MATH : Calcul littéral

L’eau de Javel résulte d’une réaction entre des ions hydroxyde HO^- et du dichlore Cl₂(g).

1. Compléter la deuxième ligne du tableau d’avancement ci-dessous.

	$Cl_{2} (g)$	$+ 2 HO^{-} (a q)$	$ClO^{-} (a q)$	$+ Cl^{-} (a q)$	$+ H_{2} O (l)$
E_I (mol)	0,12	0,28	0	0	excès
E_Int (mol)
E_F (mol)

Données

On notera

E_I : État initial
E_Int: État intermédiaire
E_F: État final
x : avancement de la réaction

2. Déterminer l’avancement maximal x_max de cette réaction. En déduire la nature du réactif limitant.

3. Compléter la dernière ligne du tableau.

4. Les réactifs ont-ils été mélangés selon les proportions stœchiométriques ?

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Une notion, trois exercices

DIFFÉRENCIATION

Savoir-faire : Déterminer la composition d’un système à l’état final

Avancement d'une réaction et proportions stœchiométriques

22
Cas 1 (conditions stœchiométriques)

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✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

Dans le cas général, si l’équation bilan s’écrit :

A + B \to C + D

.
1. Quelles sont les proportions de

A

et de

B

à respecter pour être dans les conditions stœchiométriques ?

2. Écrire alors la relation entre les masses de

A

B

C

D

C

D

seront obtenus dans quelles proportions ?

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23
Cas 2 (conditions stœchiométriques)

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

Dans le cas général, si l’équation bilan s’écrit :

2 A + B \to C + 2 D

.
1. Quelles sont les proportions de

A

et de

B

à respecter pour être dans les conditions stœchiométriques ?

2. Écrire alors la relation entre les masses de

A

B

C

D

C

D

seront obtenus dans quelles proportions ?

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24
Cas 3 (conditions stœchiométriques)

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

Dans le cas général, si l’équation bilan s’écrit :

2 A + 3 B \to 2 C + 2 D

.
1. Quelles sont les proportions de

A

et de

B

à respecter pour être dans les conditions stœchiométriques ?

2. Écrire alors la relation entre les masses de

A

B

C

D

C

D

seront obtenus dans quelles proportions ?

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Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Construire un tableau d’avancement : 18
26

Savoir décrire l’évolution d’un système : 13
31

Déterminer la composition d’un système à l’état final : 16
DIFF
31

Comparer l’avancement final à l’avancement maximal : 28

Pour s'échauffer

5
Deux exemples de transformations

6
Loi de conservation

7
L’avancement $x$

8
L’état initial d’une réaction

9
$x$ _max(1) et $x$ _max(2)

10
Les conditions stœchiométriques

11
Le réactif limitant

Pour commencer

Relier quantité de matière et transformation chimique

12
Comprendre une équation bilan

13
Changer d’échelle : du microscopique au macroscopique

14
Utiliser des nombres fractionnels

Les conditions stœchiométriques

15
Relier quantité de matière et nombres stœchiométriques - Identifier la conservation de la masse

16
Calculer une quantité de matière

17
Vrai ou faux ? Différencier masse et quantité de matière

Trouver le réactif limitant

18
Construire un tableau d’avancement

19
Déterminer un volume de gaz

20
Importance des conditions expérimentales

21
Quelques calculs en QCM

Supplément numérique

A
Compléter un tableau d’avancement

Une notion, trois exercices

22
Cas 1 (conditions stœchiométriques)

23
Cas 2 (conditions stœchiométriques)

24
Cas 3 (conditions stœchiométriques)

Exercices

Savoir-faire - Parcours d'apprentissage

Construire un tableau d’avancement : 18 26

Savoir décrire l’évolution d’un système : 13 31

Déterminer la composition d’un système à l’état final : 16DIFF 31

Comparer l’avancement final à l’avancement maximal : 28

Pour s'échauffer

5 Deux exemples de transformations

6 Loi de conservation

7L’avancement x

8L’état initial d’une réaction

9xmax(1) et xmax(2)

10Les conditions stœchiométriques

11Le réactif limitant

Pour commencer

Relier quantité de matière et transformation chimique

12 Comprendre une équation bilan

13 Changer d’échelle : du microscopique au macroscopique

14Utiliser des nombres fractionnels

Les conditions stœchiométriques

15Relier quantité de matière et nombres stœchiométriques - Identifier la conservation de la masse

16Calculer une quantité de matière

17Vrai ou faux ? Différencier masse et quantité de matière

Trouver le réactif limitant

18 Construire un tableau d’avancement

19 Déterminer un volume de gaz

20 Importance des conditions expérimentales

21Quelques calculs en QCM

Supplément numérique A Compléter un tableau d’avancement

Une notion, trois exercices

22Cas 1 (conditions stœchiométriques)

23Cas 2 (conditions stœchiométriques)

24 Cas 3 (conditions stœchiométriques)

Construire un tableau d’avancement : 18
26

Savoir décrire l’évolution d’un système : 13
31

Déterminer la composition d’un système à l’état final : 16
DIFF
31

5
Deux exemples de transformations

6
Loi de conservation

7
L’avancement $x$

8
L’état initial d’une réaction

9
$x$ _max(1) et $x$ _max(2)

10
Les conditions stœchiométriques

11
Le réactif limitant

12
Comprendre une équation bilan

13
Changer d’échelle : du microscopique au macroscopique

14
Utiliser des nombres fractionnels

15
Relier quantité de matière et nombres stœchiométriques - Identifier la conservation de la masse

16
Calculer une quantité de matière

17
Vrai ou faux ? Différencier masse et quantité de matière

18
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19
Déterminer un volume de gaz

20
Importance des conditions expérimentales

21
Quelques calculs en QCM

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A
Compléter un tableau d’avancement

22
Cas 1 (conditions stœchiométriques)

23
Cas 2 (conditions stœchiométriques)

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Cas 3 (conditions stœchiométriques)