Les transformations chimiques d’un système : Cours complet - Tronc Commun Sciences
Dans cet article, nous mettons à votre disposition un résumé simplifié du cours « Les transformations chimiques d’un système » destiné au Tronc Commun Sciences. Nous aborderons les définitions essentielles, l'équilibrage des équations, et le bilan de matière.
Introduction et Objectifs
Les buts de cet article sont de maîtriser :
- La définition des transformations et réactions chimiques.
- La distinction entre réactifs et produits.
- La détermination de l’avancement de la réaction via le tableau d’avancement.
- L'identification du réactif limitant et le bilan de matière final.
1. Transformation chimique d’un système
Définitions
La transformation chimique : Une transformation de la matière au cours de laquelle des espèces chimiques disparaissent et de nouvelles apparaissent.
Les réactifs : Espèces chimiques qui disparaissent (complètement ou partiellement).
Les produits : Espèces chimiques qui apparaissent.
Système chimique : L’ensemble des réactifs, produits, et espèces spectatrices (ne participant pas à la réaction).
Exemples de transformations :
- Combustion du carbone : Carbone + Dioxygène → Dioxyde de carbone
- Synthèse du savon : Huile + Hydroxyde de sodium → Savon
- Hydroxyde de cuivre (II) : Sulfate de cuivre (II) + Hydroxyde de sodium → Hydroxyde de cuivre (II)
2. État initial et état final
Toute transformation évolue d'un point A à un point B sous une pression et température données :
- État initial : État du système au début de la transformation.
- État final : État du système à la fin de la transformation.
3. La réaction chimique
La réaction chimique est une modélisation simple de la transformation chimique où l'on se concentre uniquement sur les réactifs et les produits.
Exemple : Les ions cuivre (II) $Cu^{2+}$ réagissent avec les ions hydroxyde $OH^-$ pour donner l’hydroxyde de cuivre (II) $Cu(OH)_2$.
L'équation chimique
Réactifs (à gauche) → Produits (à droite)
4. Équilibrer une équation chimique
Pour équilibrer, on utilise des coefficients stœchiométriques afin de respecter :
- Conservation des éléments : Même genre et même nombre d'atomes de chaque côté.
- Conservation de la charge électrique : Somme des charges identique.
- $C_4H_{10} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$
- $Mg + HCl \rightarrow MgCl_2 + H_2$
- $Zn + H^+ \rightarrow Zn^{2+} + H_2$
5. Bilan de matière et Tableau d’avancement
L’avancement x (en mol) permet de suivre les quantités de matière à tout instant.
| Équation de réaction | $aA$ | + | $bB$ | $\rightarrow$ | $cC$ | + | $dD$ | |||||
| État du système | Avancement | Quantités de matière (mol) | ||||||||||
| Initial | $x = 0$ | $n_i(A)$ | $n_i(B)$ | $0$ | $0$ | |||||||
| Intermédiaire | $x$ | $n_i(A) - ax$ | $n_i(B) - bx$ | $cx$ | $dx$ | |||||||
| Final | $x_{max}$ | $n_i(A) - ax_{max}$ | $n_i(B) - bx_{max}$ | $cx_{max}$ | $dx_{max}$ | |||||||
6. Le réactif limitant
C'est le réactif entièrement consommé qui arrête la réaction. Pour le trouver, on compare :
- Hypothèse 1 : $x_{max1} = \frac{n_i(A)}{a}$
- Hypothèse 2 : $x_{max2} = \frac{n_i(B)}{b}$
Le plus petit des deux est le $x_{max}$ réel, et son réactif correspondant est le limitant.
On fait réagir 0,8 mol d'Aluminium ($Al$) avec 0,9 mol de Soufre ($S$) pour former $Al_2S_3$.
- Écrire l'équation équilibrée.
- Dresser le tableau d'avancement.
- Déterminer $x_{max}$ et le réactif limitant.
