physique

« C.&T.M. Chap 5 Evolution spontanée d’un système chimique Quotient de réaction et constante d’équilibre 3.

Prévoir l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique A.

Prévoir le sens de l’évolution spontanée d’un système chimique État final d’un système siège d’une transformation non totale : état d’équilibre chimique. Relier le caractère non total d’une transformation à la présence, à l’état final du système, de tous les réactifs et de tous les produits. Modèle de l’équilibre dynamique. Mettre en évidence la présence de tous les réactifs dans l’état final d’un système siège d’une transformation non totale, par un nouvel ajout de réactifs. Quotient de réaction Q r . Déterminer le sens d’évolution spontanée d’un système. Système à l’équilibre chimique : constante d’équilibre K (T ) . Déterminer un taux d’avancement final à partir de données sur la composition de l’état final et le relier au caractère total ou non total de la transformation. Critère d’évolution spontanée d’un système hors équilibre chimique. Déterminer la valeur du quotient de réaction à l’état final d’un système, siège d’une transformation non totale, et montrer son indépendance vis-à-vis de la composition initiale du système à une température donnée. Transformation spontanée modélisée par une réaction modélisée par une réaction Illustrer un transfert spontané d’électrons par contact entre réactifs et par l’intermédiaire d’un circuit extérieur. Pile, demi-piles, pont salin ou membrane, tension à vide. Justifier la stratégie de séparation des réactifs dans deux demi-piles et l’utilisation d’un pont salin. Fonctionnement d’une pile ; réactions Modéliser et schématiser, à partir de résultats électrochimiques aux électrodes. expérimentaux, le fonctionnement d’une pile. Déterminer la capacité électrique d’une pile à partir de sa constitution initiale. Usure d’une pile, capacité électrique d’une pile. Réaliser une pile, déterminer sa tension à vide et la polarité des électrodes, identifier la transformation mise en jeu, illustrer le rôle du pont salin. Citer des oxydants et des réducteurs usuels : eau de Javel, dioxygène, dichlore, acide ascorbique, dihydrogène, métaux. Oxydants et réducteurs usuels. Justifier le caractère réducteur des métaux du bloc s. 1/13 C.&T.M. Chap 5 I État final d'une transformation chimique : totale ou pas ? Étude expérimentale. 1,1-Réaction limitée: un équilibre chimique dynamique. Doc 1 : Protocole expérimental. M1 Préparez les mélanges suivants dans trois béchers. Concentration dans Mélange la solution à pipeter    Solution de nitrate d'argent [Ag+] = 0,10 mol.L-1 V1 = 2,5 mL V2 = 10,0 mL V3 = 5,0 mL Solution de sel de Mohr [Fe2+] = 0,10 mol.L-1 V1' = 5,0 mL V2' = 5,0 mL V3' = 5,0 mL M2 Versez quelques mL de chaque mélange dans trois tubes à essais. M3 Ajoutez, dans le premier tube, quelques gouttes de solution d'hexacyanoferrate (III). Observations : pour chaque mélange M4 Ajoutez, dans le deuxième tube, quelques gouttes de solution de chlorure de sodium. M5 Ajoutez, dans le dernier tube, quelques gouttes de solution de thiocyanate de potassium. Doc 2 : Tests d'identification des ions. Ion à identifier Réactif test ion fer (II) Fe2+ Ion hexacyanoferrate (III) Fe(CN)63- ion argent Ag+ Ion chlorure Cl- ion fer (III) Fe3+ Ion thiocyanate SCN- Observation Précipité bleu de Prusse Couples : Ag+ / Ag Fe3+ / Fe2+ Précipité blanc Coloration rouge sang Q1 Écrivez l'équation d'oxydoréduction entre les ions argent Ag+ et les ions fer (II) Fe2+. Q2 Identifiez le réactif limitant dans chaque mélange. Q3 Commentez les résultats obtenus lors des tests d'identification des ions.

Concluez sur le caractère total ou limité de la réaction. Q4 La composition initiale du mélange influence t-elle la nature des espèces chimiques présentes à l'état final ? 2/13 C.&T.M. Chap 5 1.2 Taux d'avancement. 3/13 C.&T.M. Chap 5 4/13 C.&T.M. Chap 5 II Sens d'évolution spontanée d'un système chimique : Étude expérimentale. 2.1 Étude de l’état final d’une transformation limitée On étudie la réaction entre les ions fer (III) et les ions thiocyanate : Fe3+ (aq) + SCN- (aq) Fe(SCN)2+ orange incolore rouge sang Doc 1 : Spectres d'absorption. Loi de Beer-Lambert A = e.l.C e : coefficient d'absorption molaire (en L.mol-1.cm-1) avec l : longueur de la cuve (en cm) C : concentration de l'espèce chimique colorée (en mol.L-1) M1 Versez, dans une fiole jaugée de volume V = 50,0 mL, le volume VFe de solution de nitrate de fer (III), de concentration [Fe3+] = 2,0.10-2 mol.L-1, indiqué dans le tableau ci-dessous. M2 Ajoutez le volume VSCN de solution de thiocyanate de potassium, de concentration [SCN-]=1,0.10-2 mol.L-1. M3 Complétez au trait de jauge avec une solution d'acide nitrique de concentration [H3O+] = 0,1 mol.L-1. Solution S1 S2 S3 S4 VFe (mL) 5.0 5.0 10.0 10.0 VSCN (mL) 5.0 10.0 5.0 10.0 M4 Mesurez l'absorbance de la solution, à une longueur d'onde λ = 580 nm. Q1 Justifiez le choix de la longueur d'onde de mesure. Q2 Déterminez, à l'aide de la mesure d'absorbance et de la loi de Beer-Lambert, l'avancement final de la réaction. Donnée : coefficient d'extinction molaire de l'ion Fe(SCN)2+ pour λ = 580 nm.

Dans les conditions de l’expérience: ϵ = 5,1.102 L.mol.cm-1 Q3 En déduire la composition finale du mélange dans la fiole jaugée. Q4 Justifiez que la réaction a atteint un état d'équilibre chimique. 5/13 C.&T.M. Chap 5 2.

2 Comment prédire le sens d’évolution d’une transformation chimique : Quotient de réaction Soit une réaction chimique, en solution aqueuse, modélisée par l'équation suivante : a .

A+b .

B ⇌ d .

D+e .

E avec a, b, e et d les coefficients stœchiométriques des réactifs A et B et des produits D et E. Le quotient de réaction Qr est défini par : Qr = ( t) où : • ( ) ( ) [A ] [ B] × ( C° ) ( C ° ) [ D]( t ) d [E]( t) × C° C° (t) a (t) e b avec C°=1mol.L-1 [ A](t ) ,[ B](t ) , [E](t ) ,[ D](t) sont les concentrations molaires effectives à l’instant considéré des espèces A, B, D et E respectivement. • a, b, d, e sont les coefficients stœchiométriques de la réaction. Le quotient de réaction peut se calculer en n'importe quel instant de la réaction. Remarque : seules les espèces dispersées dans la phase considérée ont une influence sur la valeur du quotient de réaction .

Le solvant et les espèces non dispersées n’apparaissent pas dans le calcul du quotient de réaction . 6/13 C.&T.M. Chap 5 Reprenez les valeurs mesurées dans l’activité expérimentale p5..... »