1Spé – Chap 3 : Évolution d’un système chimique

– Notions de cours

.

I Suivre l’avancement d’une transformation chimique à l’aide d’un dégagement gazeux

Visionner la vidéo suivante pour voir de façon concrète comment « avance » une transformation chimique. Le volume des ballons est un indicateur très visuel de la quantité de produit qui est obtenu.

Observation :

Lorsqu’on utilise une quantité de plus en plus importante de réactif, on obtient de plus en plus de produit (= ici du gaz).

.

.

II Suivre l’avancement d’une transformation chimique à l’aide d’un précipité

.

1° Exemple du précipité bleu obtenu pour identifier les ions Cu2+ avec de la soude

.

On utilise la transformation qui permet d’identifier l’ion cuivre (II) grâce à la soude :

Cu2+ + 2 OH → Cu(OH)2 

L’image suivante est obtenue en ajoutant de plus en plus de soude dans un bécher contenant la même quantité d’ion Cu2+ .

On observe que la quantité de précipité Cu(OH)2 augmente progressivement (*)

.

2° Vocabulaire

.

On dit que la progression de la réaction « avance » en fonction de la quantité de soude (ion OH) qui est ajoutée.

(*) Remarque

A partir du bécher n°5, on remarque que la quantité de précipité n’augmente plus. Les ions cuivre présents au départ ont été entièrement utilisés.

.

III Suivre l’avancement d’une transformation chimique à l’aide d’une coloration

.

1° La réaction de l’éthanol C2H6O (incolore) avec le permanganate de potassium KMnO4 (magenta).

.

L’ajout progressif d’éthanol C2H6O décolore progressivement le permanganate de potassium KMnO4.

.

2° Vocabulaire :

On peut définir l’état final comme étant le moment où tout le permanganate a été décoloré.

L’état initial est l’état au moment où la transformation commence.

L’état intermédiaire est une situation entre l’état initial et l’état final.

.

3° L’équation-bilan et ions spectateurs

.

La solution de permanganate de potassium KMnO4(aq) est ionique. On peut l’écrire : {K+ + MnO4}(aq) . On pourra donc écrire la demi-équation électronique sous la forme

K+ + MnO4 + 8 H+ + 5 e = Mn2+ + 4 H2O + K+

Les ions n’interviendront pas dans la transformation. On les appellera « ions spectateurs ».

Pour des raisons d’allègement d’écriture, on évitera de les faire apparaître dans l’équation-bilan.

.

.

IV Notion d’avancement

.

1° Cas d’une transformation chimique du type : a A + b Bc C + d D

.

Sur l’animation suivante, les quantités initiales de A et de B sont variables ainsi que les coefficients stœchiométriques abcd.

Cliquez sur l’image ci-dessous si vous voulez accéder à l’animation.

Il vous faudra utiliser un navigateur déblocable – Débloquez le à la demande (Voir dans Tube-à-essai.fr > La réserve > » Comment débloquer mon navigateur » )

L’avancement est noté . On peut le modifier avec le curseur. Il s’exprime en mole.

.

2° Définition de l’avancement

.

Énoncé : « L’avancement d’une réaction correspond à la quantité de produit qui se formerait avec un coefficient stœchiométrique égal à 1″

.

.

.

V L’état final et le réactif limitant

.

1° La fabrique de vélos

.

Cliquez sur l’image ci-dessous si vous voulez accéder à l’animation.

Il vous faudra utiliser un navigateur déblocable – Débloquez le à la demande.

Cliquez sur « Nouvel exemple » pour vous familiariser avec le problème.

.

2° L’avancement maximal noté max. et l’avancement final retenu final

.

Pour déterminer le nombre de vélos final qui peuvent être fabriqués, il faut, mentalement, faire des hypothèses.

Pour chaque cas, on fait le calcul du nombre de vélos qui pourrait être fabriqués à partir des quantités initiales de pièces détachées (= réactifs).

On doit donc calculer donc l’avancement maximum max dans la chaine de fabrication pour chacun des réactifs.

.

3° Règle du final

L’arrêt de la chaine de fabrication est déterminé par le premier « ouvrier » qui ne possède plus de pièces détachées (= qui a atteint son max).

Énoncé : « L’avancement final final est la plus petite valeur des avancements max calculés pour chaque réactif.’

.

4° Le « réactif » limitant

Définition : « Le réactif limitant est le réactif qui est épuisé en premier et arrête l’évolution de la transformation. »

.

5° Excès ou défaut d’un réactif

.

Le réactif qui est épuisé est mis « en défaut« .

Par opposition, le réactif qui reste en surplus quand la réaction s’arrête est dit « en excès« .

.

VI Comment construire un tableau d’avancement

Visionnez la vidéo suivante pour comprendre la façon dont on construit un tableau d’avancement.

.

.

.

VII Exemple de tableau d’avancement

.

.

.

La moyenne – l’écart type – l’incertitude type

.

Énoncé

Soit l’exemple d’un tableau de mesures effectués par des groupes d’élèves au cours d’un TP :

On dispose donc de n = 9 valeurs (= effectif). On peut noter Li ces valeurs, « i » étant un indice qui varie de 1 à 9.

.

1° La moyenne, notée L

.

On l’obtient en faisant la somme (notée Σ) des valeurs Li pour i variant de i=1 à i=n.

Ce qui se note mathématiquement par la formule :

Application numérique :

m = (463 +467 +462 +466 +469 +467 +470 +472 +468) / 9 = 467,1

La masse moyenne trouvée par cette expérience vaut : m = 467,1 g

.

2° L’écart-type, noté s

.

L’écart-type correspond à l’écart moyen entre les valeurs mesurées et la valeur moyenne. Il permet donc de savoir donc si les valeurs sont cohérentes entre-elles.

On le calcule par la formule :

Application numérique :

S = √ [(463 – 467)² + (467 – 467)² +(462 – 467)² +…] / √ (8)

S = 3,2

L’écart-type pour cette série de valeur vaut : S = 3,2.

.

3° L’incertitude-type, notée u(x)

.

La valeur moyenne calculée est annoncée comme étant votre résultat final. Une incertitude est liée à la répartition des valeurs obtenues expérimentalement.

On la calcule à partir de l’écart type par la formule :

Application numérique :

u(x) = 3,2 / √(9) = 3,2 / 3 = 1,1

Soit : L’incertitude sur la mesure vaut : u(x) = 1,1

.

4° Écriture du résultat et de son incertitude

Le résultat final doit donc être accompagné de son incertitude. On l’écrira donc sous la forme :

L = L ± u(L)

Le signe « ± » exprime que la valeur de l’incertitude s’ajoute ou se retranche du résultat annoncé.

.

5° Expression du résultat final

.

Pour notre exemple : m = 467,1 ± 1,1 g

On voit donc que 467,1 devrait être retenu sans la valeur au dixième car nous avons une incertitude de l’ordre de l’unité, soit m = 467.

La précision de l’incertitude doit être en rapport avec la précision de la valeur donc ± 1 g.

.

Phrase réponse finale :

La masse trouvée par cette expérience vaut : m = 467 ± 1 g

.

Pour des informations complémentaires : Voir point maths p 422.

.

.

 Exercices et activités possibles

.

Pour tous les exercices, les masses molaires sont à chercher dans le tableau périodique (Voir Tube-a-essai > La réserve)

Les exercices avec une « astérisque » (*) donne lieu à un commentaire ci-après à ne pas négliger.

Activités

Faire l’activité « Se tester pour commencer » – p 58 (Révisez, le corrigé est déjà accessible dans la partie « Corrigés » au bas de cette page)

Faire l’activité 1  » La fabrique de gâteaux » – p 60

.

Exercices d’application directe du cours, à rédiger à la maison : n° 15, n°16 (avec un corrigé vidéo) et n° 20  – p 68. Entrainez-vous, leurs corrigés sont déjà accessibles dans la partie « Corrigés des exercices » au bas de cette page.

Exercices d’approfondissement p 69 et suivantes : n° 25 – 35 – 37 – 39 (indication : les masses molaires sont à rechercher dans le tableau périodique)

Exercice-problèmes identiques aux ex résolus : (indication : les masses molaires sont à rechercher dans le tableau périodique) : n° 31 – p 70 et 33(*) – p 71

Exercices en autonomie : « 5 min Chrono ! » p 67 – « Contrôle Technique ! » p 67 – « QCM « Pour faire le point » » p 69

(*) Donnée manquante pour l’ex 33 : La masse finale d’ion Cℓ obtenu vaut : mCℓ-,f = 0,274 g. On donne la masse molaire du chlore : M(Cℓ) = 37,5 g.mol-1. Question 4° supplémentaire : 4° En déduire le caractère total ou non de la transformation étudiée.

.

Bilan du chapitre

.

Cliquer sur le lien suivant pour accéder à « L’essentiel du chapitre (à compléter) »

Cliquer sur le lien suivant pour accéder à une « Synthèse des activités du chapitre ».

.

.

 Corrigés des exercices

.

Cliquer sur les liens suivants pour accéder à leurs corrigés.

 

Corrigé de l’activité « Se tester pour commencer » :

Lien pour accéder au « Corrigé de l’activité « Se tester pour commencer » »

.

Corrigés des exercices d’application directes :

Lien pour accéder à la « Rédaction de l’exercice 15 »

Corrigé vidéo de l’exercice 16 : REPORTEZ-VOUS à la vidéo du cours : VI – COMMENT CONSTRUIRE UN TABLEAU D’AVANCEMENT

Lien pour accéder à la « Rédaction de l’exercice 20 »

.

Corrigés des exercices d’approfondissement :

Lien pour accéder à la « Rédaction de l’exercice 25 »

Lien pour accéder à la « Rédaction de l’exercice 35 »

Lien pour accéder à la « Rédaction de l’exercice 37 »

Lien pour accéder à la « Rédaction de l’exercice 39 »

.

Corrigés des exercices identiques aux exercices résolus :

Cliquer sur le lien suivant pour accéder à la correction de l’exercice 31 (avec barème) identique à l’ex résolu p 70.

Cliquer sur le lien suivant pour accéder à la correction de l’exercice 33 (avec barème) identique à l’ex résolu p 71.

.

Indication : Les liens suivants ne sont actifs que lorsque le chapitre ou une partie de chapitre est terminé.

.

.

Le contenu ci-dessous est protégé par mot de passe

Un code vous sera donné par votre professeur lorsque le chapitre sera terminé.