Chim. N° 08

La Réaction chimique. Cours.

 

Moteur de Recherche sur le site   

Recherche personnalisée

Mode d'emploi  

Recherche générale

Google
Entrez les termes que vous recherchez.

Envoyer un formulaire de recherche      

 

I- Le système chimique.

1)- Transformation chimique et transformation physique.

2)- Description d’un système chimique.

3)- État initial et état final d’un système chimique.

II- Réaction chimique et équation chimique.

1)- La réaction chimique.

2)- Lois de conservation.

3)- Écriture d’une équation chimique : nombres stœchiométriques

 

III- Effets thermiques accompagnant une transformation physique ou chimique.

1)- Les changements d’état d’un corps pur :

2)- Les réactions chimiques.

 

IV- Applications. Correction des exercices

1)- QCM : Pour chaque question, indiquer la ou les bonne(s) réponse(s). QCM Questy

2)- Exercice 1 page 268. Identifier une transformation.

3)- Exercice 4 page 268. Décrire l’évolution d’un système chimique.

4)- Exercice 6 page 268. Ajuster des nombres stœchiométriques.

5)- Exercice 13 page 270. Des airbags pour rouler en toute sécurité.

6)- Exercice 14 page 270. Brûler des sucres, brûler des graisses.

 

 

 

I- Le système chimique.

1)- Transformation chimique et transformation physique.

a)-  Étude d’un briquet contenant du butane : (Alcane de formule brute C4H10)

-    Dans quel état physique se trouve le butane dans le récipient ?

 

*     On appuie sur la valve du briquet  sans actionner la molette :

 

-    Une partie du butane présent à l’état liquide dans le briquet se vaporise et se répand à l’état gazeux dans l’atmosphère.
-    Au cours de cette transformation, les molécules de butane C4H10 n’ont pas été modifiées.
-    Le butane passe d’un état condensé, l’état liquide à un état dispersé, l’état gazeux.

*    La vaporisation du butane est un exemple de transformation physique.

*     On appuie sur la valve du briquet tout en actionnant la molette.

 

-    On observe la combustion du butane dans le dioxygène de l’air.
-    Le butane C4H10 réagit avec le dioxygène O2 pour donner par combustion complète, du dioxyde de carbone CO2 et de l’eau H2O (cette réaction sera étudiée en détail un peu plus tard).
-    Au cours de cette transformation, des espèces chimiques disparaissent (le butane et le dioxygène) est des espèces chimiques apparaissent (le dioxyde de carbone et l’eau).

*    La combustion du butane est un exemple de transformation chimique.

b)-  Expérience 2 : Réaction entre la solution aqueuse de sulfate de cuivre II et la soude.

-    On verse quelques gouttes de soude dans un tube à essais contenant une solution aqueuse de sulfate de cuivre II. Il se forme un précipité bleu.
-    Ce précipité est une nouvelle espèce chimique, appelée : hydroxyde de cuivre II.
-    Une transformation chimique a eu lieu
-    Les réactifs sont les ions cuivre II et les ions hydroxyde. Ils sont en solutions.
-    Le produit de la réaction est l’hydroxyde de cuivre II (le précipité). Il se trouve à l’état solide.

c)-  Généralisation.

-    Une transformation chimique a lieu chaque fois qu’une nouvelle espèce chimique apparaît ou chaque fois qu’une nouvelle espèce chimique disparaît.
-    Au cours d’une transformation chimique : les espèces chimiques qui disparaissent sont appelées les réactifs et les espèces chimiques qui apparaissent sont appelées les produits.

d)-  Exemples : transformation chimique ou non ?

-    Fermentation du raisin, ébullition de l’eau, fabrication d’un objet en fer, combustion du butane, …

2)- Description d’un système chimique.

-    Un système chimique est un ensemble d’espèces chimiques.
-    Pour décrire l’état du système chimique, à l’échelle macroscopique, il faut indiquer :
-    La nature et la quantité des espèces chimiques qui le composent
-    L’état physico-chimique des espèces chimiques (solide, liquide, gazeux, ions en solution).
-    Les paramètres physiques : la pression P, la température θ (la température absolue T)

3)- État initial et état final d’un système chimique.

a)-  Définitions :

-    On appelle état initial (E.I) du système chimique, l’état de ce système avant la transformation chimique.
-    On appelle état final (E.F) du système chimique, l’état de ce système lorsque la transformation chimique est terminée.
-    La transformation chimique permet le passage de l’état initial à l’état final.

b)-  Exemple 2 : réaction entre la soude et la solution de sulfate de cuivre II.

État initial

Transformation

chimique

État final

Solution aqueuse de sulfate de cuivre II :

(Cu2+ (aq) + SO4 2– (aq) )

Solution aqueuse de soude :

(Na+ (aq) + HO (aq) )

quantités de matière :

n (Cu2+), n (SO4 2–), n (Na+),

n (HO ),

température et pression :

p et θ

Action de la soude

sur la solution aqueuse

de sulfate de cuivre II

Précipité bleu d’hydroxyde de cuivre II : Cu(OH)2 (s)

et la solution bleue : (Cu2+ (aq) + SO4 2– (aq) )

et (Na+ (aq) + HO (aq) ) ?

quantités de matière :

n (Cu(OH)2), n (Cu2+), n (SO4 2–),

n (Na+), n (HO ) ?

température et pression :

p et θ

c)-  Conclusion :

-    Lorsque l’évolution d’un système chimique s’accompagne de l’apparition de nouvelles espèces chimiques, le passage de l’état initial à l’état final est une transformation chimique.

II- Réaction chimique et équation chimique.

1)- La réaction chimique.

-    Retour sur la réaction entre le sulfate de cuivre II et la soude. On peut simplifier le système chimique et s’intéresser qu’aux espèces chimiques qui participent à la réaction.
-    La transformation chimique qui fait intervenir les réactifs et les produits s’appelle la réaction chimique. Elle modélise la transformation chimique subie par un système chimique.
-    On écrit : la solution de sulfate de cuivre II réagit avec la solution de soude pour donner de l’hydroxyde de cuivre II.
-    On peut écrire plus simplement : les ions cuivre II réagissent avec les ions hydroxyde pour donner de l’hydroxyde de cuivre II.
-    Les ions sodium et les ions sulfate ne participent pas à la réaction mais ils font partie du système chimique. Ce sont des ions spectateurs ou des espèces chimiques spectatrices
-    Exemple : lorsqu’on s’intéresse à la combustion du butane dans l’air. Le système chimique concerné comprend beaucoup d’espèces chimiques différentes. On limite notre étude aux espèces chimiques qui participent à la réaction.
-    Réaction chimique : Le butane brûle dans le dioxygène en donnant du dioxyde de carbone et de l’eau.
-    Le système chimique comprend : le butane, le dioxygène, le dioxyde de carbone et l’eau.

2)- Lois de conservation.

-    Conservation des éléments chimiques :
-    Au cours d’une réaction chimique, il y a conservation des éléments chimiques.
-    Les éléments présents dans les réactifs se retrouvent dans les produits.
-    Conservation de la charge : au cours d’une réaction chimique, la charge se conserve.
-    Conservation de la masse : (Lavoisier) : le chimiste français Lavoisier a montré que la masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui apparaissent.

3)- Écriture d’une équation chimique : nombres stœchiométriques

a)-  L’équation chimique :

-    L’équation chimique  est l’écriture symbolique d’une réaction chimique.
-    Par convention :
-    On écrit les formules des réactifs dans le membre gauche de l’équation chimique
-    On écrit les formules des produits dans le membre droit de l’équation chimique.
-    On sépare les deux membres de l’équation par une flèche.

Réactifs

Transformation chimique

Produits

(  …  )  +  (  …  )

(  …  )  +  (  …  )

b)-  Ajustement des nombres stœchiométriques.

-    Ajuster les nombres stœchiométriques d’une équation, c’est choisir ces nombres de manière à traduire la conservation de tous les éléments mis en œuvre.
-    Par convention, le nombre stœchiométrique se place devant la formule de l’espèce chimique. Le nombre stœchiométrique 1 ne s’écrit pas

c)-  Applications : ajustement des nombres stœchiométriques :

-    Le butane brûle dans le dioxygène pour donner du dioxyde de carbone et de l’eau
-    Tableau :

 

Réactifs

 

Produits

Équation chimique

2 C4H10 (g)  +  13 O2 (g)

8 CO2 (g)  + 10 H2O (ℓ)  

Éléments chimiques présents

Carbone C, hydrogène H, et oxygène O.

Nombre de « carbone »

2 x 4 = 8

 

8 x 1 = 8

Nombre d’ « hydrogène »

2 x 10 = 20

 

10 x 2  = 20

Nombre d’ « oxygène »

13 x 2 = 26

 

8 x 2 + 10 x 1  = 26

-    Le sulfate de cuivre II réagit avec la soude en donnant un précipité bleu d’hydroxyde de cuivre II.

 

Réactifs

 

Produit

Équation chimique

(Cu2+ (aq)2 HO   (aq) )

Cu(OH)2 (s)

Éléments chimiques présents

Carbone Cu, hydrogène H, et oxygène O.

Nombre de « cuivre »

1 x 1 = 1

 

1 x 1 = 1

Nombre d’ « hydrogène »

2 x 1 = 2

 

1 x 2  = 2

Nombre d’ « oxygène »

2 x 1 = 2

 

1 x 2 = 2

Charge

1 x (2+) + 2 x (1-) = 0

 

0

III- Effets thermiques accompagnant une transformation physique ou chimique.

1)- Les changements d’état d’un corps pur :

 

-    Ce sont des transformations physiques qui n’affectent pas la structure des molécules du corps pur.
-    Les changements d’état interviennent sur les interactions entre les molécules appelées liaisons intermoléculaires.
-    Des effets chimiques accompagnent ces changements d’état :
-    Fusion, vaporisation et sublimation absorbent de la chaleur.
-    Inversement, solidification, liquéfaction et condensation à l’état solide dégagent de la chaleur.

2)- Les réactions chimiques.

-    Lors d’une réaction chimique, le système peut absorber ou céder de la chaleur.
-    Lorsque des molécules de réactifs disparaissent, des liaisons chimiques sont rompues.
-    Pour rompre les liaisons chimiques le système absorbe de la chaleur ou de l’énergie thermique.
-    Mais lorsque des molécules de produits apparaissent, des liaisons chimiques se forment.
-    Pour former des liaisons chimiques, le système cède de l’énergie.
-    Si le système absorbe plus d’énergie thermique qu’il n’en cède, on dit que la réaction chimique est endothermique, globalement elle absorbe de la chaleur (c’est le cas de la réaction entre l’hydroxyde de baryum hydraté et le thiocyanate d’ammonium)
-    Si le système absorbe moins d’énergie thermique qu’il n’en cède, on dit que la réaction chimique est exothermique, globalement elle cède de la chaleur (c’est le cas de la combustion du butane dans le dioxygène)
-    Si le système absorbe autant d’énergie thermique qu’il n’en cède, on dit que la réaction chimique est athermique, globalement elle ne cède ni absorbe de la chaleur.
-    C’est le cas de la réaction d’estérification.
-    Les effets thermiques qui accompagnent les réactions chimiques ont de nombreuses applications domestiques et industrielles.

IV- Applications.

1)- QCM : Pour chaque question, indiquer la ou les bonne(s) réponse(s).

 

 

Énoncé

A

B

C

Réponse

1

L’apparition de la rosée sur les plantes à la tombée de la nuit est : 

une

transformation

chimique

une

transformation

physique

une

liquéfaction

BC

2

Le sérum physiologique est une solution homogène de chlorure de sodium dissous dans de l’eau. À 25 °C ce système est décrit par :

θ = 25 ° C,

H2O (ℓ),

NaCl (s),

(Na+ (aq)Cl   (aq) )

θ = 25 ° C,

H2O (ℓ),

(Na+ (aq) Cl   (aq) )

θ = 25 ° C,

H2O (ℓ), NaCl (s

B

3

Dans l’équation chimique :

2 CH4 (g)  +  2 O2 (g) → CO2 (g)  + 2 H2O (ℓ)  

CH4 (g)  est un réactif

H2O (ℓ) est un produit

O2 (g) est un produit

AB

4

La combustion complète du propane

admet pour équation :

C3H8 (g)  +  10 O2 (g) → 3 CO2 (g)  + 4 H2O (g)  

2 C3H8 (g)  +  7 O2 (g) → 6 CO (g)  + 8 H2O (g)

C3H8 (g)  +  5 O2 (g) → 3 CO2 (g)  + 4 H2O (g)

C

5

L’équation chimique :

2 Ag+ (aq) + Cu (s) 2 Ag (s) + Cu2+ (aq)

Respecte la

conservation

des éléments

n’est pas

ajustée

respecte 

la conservation

des charges

AC

6

L’équation chimique :

Al (s) + 2 H+ (aq) → Al3+ (aq) + H2 (g)

Respecte la

conservation

des éléments

 

Respecte la

conservation des

charges

 

est ajustée

A

7

L’équation de la réaction du métal

chrome Cr (s) avec les ions hydrogène H+ (aq) s’écrit :

Cr (s) + 3 H+ (aq)  → Cr3+ (aq) + H2 (g)

2 Cr (s) + 6 H+ (aq)  → 2 Cr3+ (aq) + 3 H2 (g)

 Cr (s) + 6 H+ (aq)  → Cr3+ (aq) + 3 H2 (g)

B

8

Lors de la  combustion incomplète de

l’éthane C2H 6  (g) dans le dioxygène de  l’air, les réactions qui se produisent peuvent avoir pour équation :

2 C2H6 (g)  +  7 O2 (g) → 4 CO2 (g)  + 6 H2O (g)  

2 C2H6 (g)  +  3 O2 (g) → 4 C (s)  + 6 H2O (g)  

2 C2H6 (g)  +  5 O2 (g) → 4 CO (g)  + 6 H2O (g)

ABC

9

L’équation de la réaction du métal aluminium Al (s) avec les ions étain Sn4+ (aq) s’écrit :

Al (s) + 3 Sn4+ (aq)  → Al3+ (aq) + Sn (s)

4 Al (s) + 3 Sn4+ (aq)  → 4 Al3+ (aq) + 3 Sn (s)

4 Al (s) +  Sn4+ (aq)  → 4 Al3+ (aq) +  Sn (s)

B

10

L’ébullition de l’eau à pression

constante :

dégage de la chaleur ou énergie thermique

se fait à température constante

absorbe de la chaleur ou énergie thermique

BC

11

La sublimation du diiode correspond à la réaction :

I2 (s)  I2 (g)  

I2 (ℓ)  I2 (g)  

I2 (g)  I2 (s)

A

 Questionnaire réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer

 

2)- Exercice 1 page 268. Identifier une transformation.

3)- Exercice 4 page 268. Décrire l’évolution d’un système chimique.

4)- Exercice 6 page 268. Ajuster des nombres stœchiométriques.

5)- Exercice 13 page 270. Des airbags pour rouler en toute sécurité.

6)- Exercice 14 page 270. Brûler des sucres, brûler des graisses.