Cours S4 Chapitre 5 Reaction Chimique

7/23/2019 Cours S4 Chapitre 5 Reaction Chimique

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1) A lchelle molculaire :

I) Loi de conservation de la matire :

Chapitre 5 : REACTION CHIMIQUE ET LOIS DE CONSERVATION

On considre la raction vive qui a lieu entre le fer (Fe(s)) et le soufre (S(s))et qui donne le sulfure de fer (FeS(s)) :

La stchiomtrie d'une raction chimique repose sur deux principes :

- au cours de la raction, il n'y a ni cration ni disparition de matire.

- la nature des atomes reste inchange. Seuls les changes d'lectronssont possibles.

Fe(s)+ S(s) FeS(s)

S 4 F


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2) A lchelle macroscopique :


Partant du principe de conservation de la matire, on en conclut qu'au coursde la raction, il y a conservation de la masse :

La masse des ractifs qui ragissent doit tre gale la masse des produits

qui se forment.

On prlve plusieurs exemplaires dune masse mFe= 5,58 g de fer et dunemasse m

S= 3,22 g de soufre avec une balance lectronique.

Les masses mesures correspondent un 1/10me de la masse molaireatomique de llment, indique dans le tableau priodique !

Chapitre 5 :

REACTION CHIMIQUE ET LOIS DE CONSERVATION S 4 F


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A laide dun pilon, dans un mortier, onmlange une masse 3.mFe16,74 g etune masse 3.mS9,66 g :

a) Mlange stchiomtrique :

On dpose le mlange sur une brique

rfractaire et on l'enflamme l'aide dubec Bunsen :

Une forte odeur nausabonde se dgage au cours de la combustion.Le produit form est du sulfure de fer (FeS) solide gris et poreux.

La mesure de la masse du sulfure de fer donne mFeS26,30 g.Aux erreurs exprimentales prs, la masse de sulfure de fer est gale la

somme des masses des ractifs de dpart.

Chapitre 5 :



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Dans un mortier, on mlange intimement une masse 3.mFe16,74 g et unemasse 5.mS16,10 g.

b) Ractif en excs :

On dpose le mlange sur une brique rfractaire et on l'enflamme l'aidedu bec Bunsen.

En plus de la forte odeur nausabonde du sulfure de fer (FeS), on sent uneodeur piquante et des fumes blanches, correspondant un dgagementd'oxydes de soufre.La mesure de la masse du sulfure de fer donne mFeS26,35 g.

Aux erreurs exprimentales prs, la masse de sulfure de fer est gale celle

de la premire exprience.

Chapitre 5 :



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Pour obtenir une raction complte, il ne sert rien de mettre l'un desractifs en excs.

c) Conclusion :

Les proprits physiques et chimiques des ractifs de dpart n'ont rien voir avec les proprits physiques et chimiques des produits de la raction.

Lorsque les ractifs sont pris dans des proportions correctes (mFeet mS, ou

3.mFeet 3.mS, ...) qu'on appelle proportions stchiomtriques, la ractionpeut tre totale.

Chapitre 5 :



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1) Interprtation dune transformation chimique :

II) Relation entre lchelle atomique et lchelle macroscopique :

Au cours du XIXe

sicle, les chimistes ont dduit l'existence d'entitslmentaires : les molcules, formes datomes. Lors des ractionschimiques il se produit de nombreux chocs entre les molcules des ractifs.

Au cours d'une transformation chimique, les atomes des molcules des

ractifs se recombinent lors des chocs pour donner les molcules des

produits.

On traduit la transformation chimique par une criture symbolique :Lquation-bilan, dans laquelle on reprsente les atomes par le symbole deleur lment, on peut indiquer ltat des diffrentes espces :

Fe(s)+ S(s) FeS(s)

Les coefficients stchiomtriques doivent tre choisis entiers, les plus

petits possible.Lquation bilan symbolise ce qui se produit lchelle atomique :

Fe(s)+ S(s) FeS(s)

Chapitre 5 :



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2) Unit de quanti t de matire :


Si l'on veut vrifier la conservation de la matire (et de la charge lectrique)lors dune raction, il faut utiliser les ractifs en quantits mesurables notre chelle (chelle macroscopique).

L'unit de quantit de matire dfinit donc le nombre d'entits (atomes,

molcules, ions, lectrons ou particules) contenue dans l'unit de quantitde matire de cette entit.

L'unit de quantit de matire s'appelle la mole (symbole mol).

La masse d'un atome tant trs faible il faut prendre un trs grand nombrede molcules pour en avoir une quantit macroscopique.

Une mole est la quantit de matire d'un systme contenant autant d'entits

(atomes, molcules, ions, lectrons ou particules) qu'il y a d'atomes dans

12 g de12

6C.Dans 12 g de "carbone 12" il y a 6,02.1023atomes 126C.

Le nombre d'Avogadro est le nombre A = 6,02.1023 d'entits contenues

dans une mole.

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3) Exemples dapplications :


Dsormais, la raction du fer avec le soufre peut s'interprter l'chellemacroscopique en disant qu'une mole de fer ragit avec une mole de soufrepour donner une mole de sulfure de fer.

Les modles molculaires nous permettent de comprendre la "mcanique"

d'une raction chimique.

On traduit cette raction l'chelle macroscopique par une quation-bilan :Fe(s)+ S(s) FeS(s)

Exemple : synthse de l'eau : 2 H2+ O2 2 H2O

- lchelle molculaire :

- lchelle macroscopique :2 moles de dihydrogne (2xNAmolcules de H2) ragit avec 1mole de dioxygne (NAmolcules de O2) pour donner 2 molesdeau (2xNAmolcules de H2O).



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4) Autres exemples :


C + O2 CO2


- lchelle macroscopique :1 mole de carbone (NAatomes de C) ragit avec 1 mole de dioxygne(NAmolcules de O2) pour donner 1 mole de dioxyde de carbone (NAmolcules de CO2).

a) Combustion du carbone :



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4) Autres exemples :


CH4+ 2 O2 CO2+ 2 H2O


- lchelle macroscopique :1 mole de mthane (NA molcules de CH4) ragit avec 2 moles dedioxygne (2xNA molcules de O2) pour donner 1 mole de dioxyde de

carbone (NA molcules de CO2) et 2 moles deau (2xNA molcules deH2O).

b) Combustion du mthane :



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5) Dtermination des coefficients stchiomtriques :


Les coefficients stchiomtriques nous donnent les proportions entre lesquantits de matire des diffrentes espces chimiques.

Les coefficients stchiomtriques doivent tre des nombres entiers les

plus petits possible.

Les coefficients stchiomtriques doivent traduire les lois de conservation

de la matire et de la charge lectrique.

A partir de ces deux rgles, on dtermine les coefficients stchiomtriquespar une mthode intuitive ou par une technique mathmatique.

Exemple : Equilibrer les quations des ractions suivantes :H

2

+ O2

H2

O



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Exemple : Equilibrer les quations des ractions suivantes :2 H

2

+ O2

2 H2

OH2+ N2 NH3



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2

+ O2

2 H2

O3 H2+ N2 2 NH3

O2+ NH3 NO + H2O



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2

+ O2

2 H2

O3 H2+ N2 2 NH3

5 O2+ 4 NH3 4 NO + 6 H2ONO + O2 NO2



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2

+ O2

2 H2

O3 H2+ N2 2 NH3

5 O2+ 4 NH3 4 NO + 6 H2O2 NO + O2 2 NO2

Fe + H3O+ Fe2++ H2+ H2O



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Les coefficients stchiomtriques nous donnent les proportions entre les

quantits de matire des diffrentes espces chimiques.







2

+ O2

2 H2

O3 H2+ N2 2 NH3

5 O2+ 4 NH3 4 NO + 6 H2O2 NO + O2 2 NO2

Fe + 2 H3O+ Fe2++ H2+ 2 H2O



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6) Coefficients stchiomtriques et quantit de matire :


Lquation bilan scrit : 2 H2+ O2 2 H2O

A lchelle molculaire : 2 molcules de dihydrogne H2doivent ragir avec1 molcule de dioxygne O2pour donner 2 molcules deau H2O.A lchelle macroscopique : 2 moles de dihydrogne H2doivent ragir avec1 mole de dioxygne O2pour donner 2 moles deau H2O.

On pourrait dire galement que nH2= 1254 moles de dihydrogne H2doiventragir avec nO2 = 627 moles de dioxygne O2 pour donner nH2O = 1254moles deau H2O.

a) Exemple de la synthse de leau :

On remarque quil existe des relations simples entre ces quantits dematire et les coefficients stchiomtriques de lquation bilan.

En effet, on peut crire :

21254

2

n

1627

1

n

21254

2

n OHOH 222 =====



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6) Coefficients stchiomtriques et quantit de matire :


On considre une raction fictive dont lquation bilan scrit :A + B C + D

A et B sont des ractifs et C et D sont des produits., , et sont les coefficients stchiomtriques.

Soit nA et n

B les quantits de matire des ractifs A et B qui ragissent

effectivement au cours de la raction.Soit nCet nDles quantits de matires des produits C et D qui se forment.

b) Gnralisation :

Entre les diffrentes quantits de matire existent les relations :

=

=

=

DCBA nnnn



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1) Masse molaire atomique :

III) Masse molaire :

La masse molaire atomique d'un lment est la masse d'une mole d'atomes

de cet lment.

Exemple : Calculer la masse molaire atomique du bore, sachant que le boreest compos de deux isotopes : 19,64 % de B (de masse molaireatomique M10= 10,0129 g.mol1) et 80,36 % de B (de massemolaire atomique M11= 11,0093 g.mol1).

La masse molaire atomique sexprime en gramme par mole (g.mol-1).

La masse molaire atomique tient compte de la composition isotopique del'lment dans la nature.

On trouve MB= 10,8 g.mol1.



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2) Masse molaire molculaire :


La masse molaire molculaire est la masse d'une mole de molcules.

Exemple : La masse molaire molculaire du dihydrogne H2est :

MH2= 2xMH= 2x1,0 = 2,0 g.mol1

La masse molaire molculaire est gale la somme des masses molaires

atomiques des atomes qui la constituent.

La masse molaire molculaire de leau H2O est :MH2O= 2xMH+ MO= 2x1,0 + 16,0 = 18,0 g.mol

1

La masse molaire molculaire sexprime en gramme par mole (g.mol-1).

La masse molaire molculaire du dioxyde de carbone CO2est :MCO2= MC+ 2xMO= 12,0 + 2x16,0 = 44,0 g.mol

1



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3) Masse, masse molaire et quantit de matire :


La masse effective mX(en g) dune espce chimique X est gale au produit

de sa masse molaire molculaire MX(en g.mol1), par sa quantit de matire

nX(en mol) : mX= MX. nX

Exercice : Quelle quantit de matire nNa2SO4 de sulfate de sodiumreprsente une masse mNa2SO4= 14,21 g ?

On donne les masses molaire atomiques :MNa= 23,0 g.mol1, MO= 16,0 g.mol1, MS= 32,1 g.mol1

La masse molaire molculaire du sulfate de sodium est :MNa2SO4= 2xMNa+ MS+ 4xMO= 142,1 g.mol

1

Do mol1,01,142

21,14

M

mn

42

42

42

SONa

SONaSONa ===



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1) Loi dAvogadro :

IV) Volume molaire :

Dans les mmes conditions de pressions et de temprature tous les gazoccupent le mme volume.



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2) Dfini tions :

IV) Volume molaire :

conditions normales de pression et temprature (C.N.P.T.) :

P = 1 atm. = 1013,25 hPa et T = 0 C = 273 K.

conditions standards de pression et temprature (C.S.P.T.) :P = 1 atm. = 1013,25 hPa et T = 25 C = 298 K.

Dans chaque cas, il faut prciser les conditions de pression et detemprature dans lesquelles les volumes sont mesurs.

On dfinit plus particulirement les :

Le volume molaire md'un gaz est le volume qu'occupe une mole de ce gaz

pris dans des conditions donnes de pression et de temprature.



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1) Dfin ition :

V) Concentration molaire volumique et molarit :

La concentration molaire volumique ou molarit d'un corps en solution est

gale la quantit de matire de ce corps par litre de solution.

La concentration molaire volumique sexprime en mole par litre (mol.L-1).

Remarque : Une solution tant constitue dun solvant, en grande quantit,dans lequel on dissout un solut, en faible quantit, on nglige

toujours la variation de volume de la solution occasionne lorsde lintroduction du solut dans le solvant.



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2) Symbol ique :

V) Concentration molaire volumique et molarit :

Dans la suite nous distinguerons deux types de concentrations molaires :

- La concentration molaire volumique ou molarit en produit Y introduit,note CY, est gale au rapport de la quantit de matire nYde produit Y, au

volume V deau dans lequel on le dissout :

CY= VnY

- La concentration molaire volumique en espce chimique X effectivementprsente, note [X], est gale au rapport de la quantit de matire nXde

lespce X, au volume V de solution :

[X] =V

nX

Exercice : On dissout une masse mNa2SO4= 14,21 g de sulfate de sodium, demasse molaire molculaire MNa2SO4 = 142,1 g.mol1, dans un

volume V = 10 L deau :- Ecrire lquation bilan de la dissolution du sulfate de sodium.- Calculer la molarit CNa2SO4de la solution de sulfate de sodium.- Calculer les concentrations molaires volumiques [Na+], [SO42].


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