Évolution d'un système chimique

A

L’évolution des quantités de matière

• Au cours d’une transformation chimique :
❯ Des réactifs sont consommés. Leur quantité de matière diminue au cours de la réaction.
❯ Des produits sont formés. Leur quantité de matière augemente au cours de la réaction.


• La masse globale du système est conservée.


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

B

Les nombres stœchiométriques

• Une équation bilan rend compte des proportions dans lesquelles les réactifs réagissent et les produits se forment.


• Les nombres stœchiométriques sont les coefficients qui permettent d'ajuster l'équation bilan de manière à ce que le nombre de chaque élément chimique soit identique de part et d'autre de l'équation.

A

L’avancement d’une réaction

• L'avancement est une grandeur notée $x$ qui permet de suivre la réaction ; il s’exprime en mole (mol).


• L'avancement est 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.

B

Le tableau d’avancement

• Le tableau d’avancement permet de comprendre l’évolution d’un système chimique.


• Un tableau d’avancement est toujours de la forme suivante :





❯ Le nombre de réactifs ou de produits et les coefficients stœchiométriques varient selon la réaction considérée.  

C

Détermination de la composition finale du système

• Le réactif limitant est celui des deux réactifs ($\text{A}$ et $\text{B}$) qui s’épuise le premier.


• Pour l'identifier, on compare les deux valeurs $x_{\text{max1}}$ et $x_{\text{max2}}$ qui vérifient les équations :


$n_0(\mathrm{A})-2x_{\max 1}=0$ et $n_0(\text{B})-x_{\max 2}=0$.


• 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.

A

Définition

• Une réaction dans les proportions stœchiométriques est une réaction au cours de laquelle les réactifs s'épuisent tous en même temps, il n'y a donc pas de réactif limitant particulier.


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

B

Comparer l’avancement final à l’avancement maximal

• Une réaction limitée (ou équilibrée) est une réaction qui n'est pas totale.


• L'avancement final $x_f$ n'atteint alors pas la valeur de l'avancement maximal $x_{\text{max}}$ déterminée grâce au tableau d'avancement.

• Le tableau d’avancement permet uniquement de prévoir l’état final des systèmes subissant des transformations chimiques totales (ex : les réactions de titrage).


• Pour les réactions équilibrées (c'est-à-dire non totales), le tableau d'avancement n'est pas suffisant pour prédire l'état final du système : la constante d'équilibre, abordée en terminale, pourra être employée.