Chapitre n°7 la transformation chimique

I. Système chimique

a. Définition du système chimique

Un système chimique est  un mélange d’espèces chimiques. Pour décrire le système chimique  il faut connaître les quantités  de  matières de toutes les espèces  chimiques, présentes. Leur état ainsi que les conditions de température et de pression

Exemple de la Réaction du fer et du soufre : On mélange 5,57g de fer avec   6,4g de soufre et on chauffe

Définir le système chimique de l’expérience juste avant la réaction
Réponse:
Température :  Importante
Pression : Pression atmosphérique :10⁵Pa
Soufre solide, avec : n(S)=m_S/MSUB>S =6,4/32=0,2mol
Fer solide avec n(Fe)=m_Fe/M_Fe =5,57/55,7=0,1mol

b.  L’Etat initial

L’état initial est l’état dans lequel se trouve le système juste avant que la réaction chimique ne commence
Exemple pour la réaction du fer avec le soufre :

II. Transformation chimique et équation chimique

1) La réaction chimique

Lors d’une transformation chimique les molécules, des réactifs disparaissent, et des nouvelles molécules, les produits, apparaissent.
L’équation de la réaction donne le sens de la transformation et les coefficients de l’équation assurent la conservation des atomes, des charges et donnent les proportions entre les différentes molécules qui réagissent et se forment.

2) exemple de l’expérience ci-dessus

la réaction chimique est:  Fe+S→FeS
Cette réaction signifie que lors  de la réaction, n  moles de  Fe  réagissent avec n moles de  S pour former n moles de FeS.

3) l’état final

L’état final d’un système chimique est l’état dans lequel il est lorsque la réaction chimique est terminée
Exemple :  déterminer l’état final du système chimique de l’expérience ci-dessus

Réponse
C’est le fer qui est en plus faible quantité et donc c’est lui qui va disparaître entièrement en fin de réaction.
Nous avons n_Fe =0,1 mol de Fer qui  réagit avec   n_S=0,1mol de Soufre.
Il reste alors une fois la réaction terminée :
n_Fe =0mol  de  Fer et n_S =0,2-0,1=0,1mol de soufre

Il s’est ainsi formé alors n_FeS =0,1 mol de sulfure de fer.

4) Exemple de la combustion du méthane

a) La réaction chimique

m_CH4 =3,2g de  méthane CH₄ réagit avec m_O2=3,2g de dioxygène pour former de l’eau et du dioxyde de carbone.
Nous avons:
n₄  = m₄/ M₄=3,2/16=0,2mol
n_O2  = m_O2/ M_O2=3,2/32=0,1mol

D’après cette équation bilan une molécule de méthane réagit avec deux molécules  de dioxygène pour former une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau
Au niveau macroscopique :  
Pour les réactifs la proportion des molécules qui réagissent est : n_O2=2.n_CH4
Pour les produits la proportion des molécules qui se forme est n_H2O=2.n_CO2

c) Le tableau d’avancement

Le dioxygène est le réactif limitant car il arrive en premier à épuisement 0,1 mole de dioxygène réagit avec 0,05 mole de méthane pour former 0,05 mole de dioxyde de carbone et 0,1 mole d’eau

d) Proportions entre réactifs et produits

On constate que pour les réactifs les quantités de matières qui réagissent sont: 
On constate que pour les produits les quantités de matières qui se forment sont: 

e) Coefficients stœchiométriques  et quantités de matières

Pour une équation bilan du type : aA+ bB➔cC+dD

avec :

A,B,C,D les molécules des réactifs et produits.
a,b, c, d les coefficients stœchiométriques de l’équation bilan.
on a la relation de  proportion entre les réactifs qui réagissent les  produits qui se forment :

Pour déterminer le réactif limitant on compare les rapports
 
Le plus petit de ces rapports correspond au réactif limitant.

5) Synthèse d’espèce chimique

a) Principe du montage à reflux

Pour favoriser la synthèse d’espèces chimiques il faut faire l’expérience à haute température sans aucune perte, la solution retenue est le montage à reflux.

b) Exemple de la synthèse de l’arôme de banane

On introduit les réactifs dans le ballon et on chauffe le contenu.

6) Réaction endothermique et exothermique 

Une réaction chimique qui dégage de la chaleur est exothermique soit Q>0
Une réaction chimique qui absorbe de la chaleur est endothermique Q<0 

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