Suivi d'une transformation chimique

تتبع تحول كيميائي

Cours complet inclus 10 exercices interactifs Fiche PDF Partager

Cours complet

Contenu du cours

Évolution des quantités de matière au cours d'une transformation chimiquePour la combustion du carbone donnant du dioxyde de carbone, à partir de 0,50 mole de carbone et 0,80 mole de dioxygène, trois groupes de barres verticales montrent l'évolution des quantités de matière : à l'état initial, à un avancement intermédiaire de 0,25 mole, puis à l'état final pour un avancement de 0,50 mole. Les barres du carbone et du dioxygène diminuent tandis que celle du dioxyde de carbone augmente. À l'état final la barre du carbone est vide : le carbone est le réactif limitant, alors qu'il reste du dioxygène en excès.Tableau d'avancement : qui disparaît, qui apparaît, et qui bloqueLa réaction s'arrête quand le réactif limitant est épuiséC (s) + O₂ (g) → CO₂ (g) départ : 0,50 mol de C et 0,80 mol de O₂C0.50O₂0.80CO₂0.00état initialC0.25O₂0.55CO₂0.25x = 0,25 molC0.00O₂0.30CO₂0.50état final x = 0,50C est épuisé → il est limitantLe réactif limitant est celui qui s'annule pour la PLUS PETITE valeur de x — pas celui dont laquantité initiale est la plus faible, si les coefficients stœchiométriques diffèrent.
Les réactifs diminuent, les produits augmentent, tous au rythme de l'avancement . La réaction s'arrête quand le réactif limitant est épuisé — ici le carbone, alors qu'il reste du dioxygène.

Système chimique et transformation chimique

Un système chimique est l'ensemble des espèces chimiques (réactifs, produits, solvant) contenues dans le milieu réactionnel étudié. Décrire l'état d'un système, c'est préciser la nature et la quantité de matière (en mol) de chaque espèce présente, ainsi que la température et la pression . Une transformation chimique fait passer le système d'un état initial) à un état final (lorsque le système n'évolue plus).

Équation de la réaction chimique

La transformation est modélisée par une équation de réaction qui associe aux réactifs et les produits et :

Les nombres , , , sont les nombres stœchiométriques ; ils assurent la conservation des éléments chimiques et de la charge électrique, et indiquent les proportions dans lesquelles réactifs et produits sont respectivement consommés et formés.

Avancement d'une réaction

L'avancement , exprimé en mol, mesure l'état d'avancement de la réaction à un instant . Il est nul à l'état initial () et croît au cours du temps. La quantité de matière de chaque espèce à l'instant se déduit de sa quantité initiale et de l'avancement, à l'aide des nombres stœchiométriques : elle diminue de pour un réactif de coefficient et augmente de pour un produit de coefficient .

Tableau d'avancement

Le tableau d'avancement organise, à l'état initial, à un instant quelconque et à l'état final, les quantités de matière de toutes les espèces intervenant dans l'équation, en fonction de l'avancement . Il comporte une ligne « équation », une ligne « état », une ligne « avancement » et une ligne par espèce chimique.

Réactif limitant

Lorsque les réactifs ne sont pas introduits dans les proportions stœchiométriques, l'un d'eux disparaît le premier : c'est le réactif limitant. Il impose l'arrêt de la réaction (en transformation totale). Pour l'identifier, on calcule pour chaque réactif le rapport : le réactif associé au plus petit rapport est le réactif limitant.

Avancement maximal

L'avancement maximal est la valeur de qui annule la quantité de matière du réactif limitant. Il se calcule en résolvant . C'est la plus petite des valeurs obtenues en annulant chaque quantité de réactif.

État final du système

À l'état final, si la transformation est totale (hypothèse retenue en général à ce niveau), l'avancement final est égal à : le réactif limitant a totalement disparu. Le taux d'avancement final vaut alors 1. Les quantités de matière des produits et du réactif en excès à l'état final se lisent directement sur la dernière ligne du tableau d'avancement.

Suivi temporel d'une transformation chimique

Pour connaître l'avancement au cours du temps, on suit l'évolution d'une grandeur physique liée à la composition du système : volume de gaz dégagé (manométrie), masse du système (perte de masse), conductance ou conductivité (conductimétrie, si des ions interviennent), absorbance (spectrophotométrie, si une espèce colorée intervient), pH... La mesure de cette grandeur à différents instants, associée au tableau d'avancement, permet de calculer , puis de tracer la courbe , dont le palier final donne .

📈 Figure clé

Exemple 1 : action de l'acide chlorhydrique sur le zinc

On introduit mol de zinc en poudre dans un bécher, puis on ajoute mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration mol.L⁻¹. La réaction, totale, a pour équation :

Quantité initiale d'ions oxonium : mol.

Équation
État initial ()excès
En cours ()excès
État final ()excès

Comparaison : mol et mol. Le zinc est le réactif limitant, donc mol. À l'état final : , mol (en excès), mol, soit un volume de gaz L.

Exemple 2 : action de l'acide chlorhydrique sur le carbonate de calcium

On fait réagir g de carbonate de calcium (masse molaire g.mol⁻¹) avec mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration mol.L⁻¹, selon l'équation :

mol ; mol.

Équation
État initial ()excès
En cours ()excès
État final ()excès

Comparaison : mol et mol. Le carbonate de calcium est le réactif limitant : mol. La masse de dioxyde de carbone formé vaut g ; cette perte de masse peut être suivie par pesée du système au cours du temps.

🔑 Formules clés à retenir

  • كمية المادة (جسم صلب) : بـ mol، بـ g، بـ g.mol⁻¹
  • كمية المادة (محلول) : بـ mol.L⁻¹، بـ L
  • كمية المادة (غاز) : بـ L.mol⁻¹ (غالبا L.mol⁻¹)
  • كمية مادة متفاعل عند اللحظة : — mol
  • كمية مادة ناتج عند اللحظة : — mol
  • معيار تحديد المتفاعل المحد : — mol
  • نسبة التقدم النهائي : — بدون وحدة (تحول كلي : )
  • التركيز المولي : — mol.L⁻¹
  • زمن نصف التفاعل : — s
  • قانون بير-لامبير (المطيافية الضوئية) : بدون وحدة، بـ L.mol⁻¹
  • موصلية محلول أيوني : — S.m⁻¹
⚠️

Astuces & Pièges à éviter

Les erreurs classiques — à lire avant les exercices !

  • لا تخلط بين التقدم (قيمة واحدة، مشتركة بين كل الأنواع) وكمية المادة (الخاصة بكل نوع) : فـ ليس كمية مادة، بل وسيط يصف تطور التفاعل.
  • الفخ الكلاسيكي في المتفاعل المحد : ليس بالضرورة المتفاعل المدخل بأصغر كمية مادة ، بل ذاك الذي تكون النسبة الخاصة به هي الأصغر.
  • نسيان القسمة على العدد التناسبي عند مقارنة المتفاعلات يؤدي غالبا إلى تعيين المتفاعل المحد الخاطئ.
  • الخطأ في الإشارة داخل جدول التقدم : كميات مادة المتفاعلات تتناقص ()، وكميات مادة النواتج تتزايد ().
  • تحقق دائما من أن أي كمية مادة ليست سالبة في الحالة النهائية : فكمية المتفاعل المحد يجب أن تكون منعدمة تماما، لا سالبة أبدا.
  • لا تخلط بين التحول الكلي والتحول المحدود : فما لم يذكر خلاف ذلك، يفترض هنا أن التفاعل كلي ()، وهو ما لا يتحقق دائما في الواقع.

أسئلة شائعة

كم تمرينًا مصحّحًا في درس «تتبع تحول كيميائي» ؟ +

يتوفّر 10 تمرينًا مصحّحًا مرتّبة حسب الصعوبة مع التصحيح المفصّل، مجّانًا على أطلس ماث.

كيف أراجع درس «تتبع تحول كيميائي» في 1ère Bac ؟ +

ابدأ بملخّص الدرس والصيغ الأساسية، ثم أنجز التمارين المصحّحة، وأنهِ بامتحان تجريبي محدّد بالوقت.

هل درس «تتبع تحول كيميائي» مقرّر في الامتحان الوطني ؟ +

نعم، هذا الدرس جزء من المقرّر الرسمي لـ1ère Bac بالمغرب ويظهر بانتظام في الامتحانات الوطنية.

لمزيد من المراجعة