Chapitre 5 − Évolution d’un système chimique

0. Rappels

?Qu’est-ce qu’un réactif ?

?Qu’est-ce qu’un produit ?

?Qu’est-ce qu’une espèce spectatrice ?

?Que dire de la masse totale lors d’une réaction chimique ?

1. Réaction chimique

Exemple :

avant	après	évolution
		diiode : $n_{\mathrm{I_2}}$ $\searrow$ ions tétrathionate : $n_{\mathrm{S_4O_6^{2−}}}$ $\searrow$ eau : $n_{\mathrm{H_2O}}$ $\rightarrow$ ions iodure : $n_{\mathrm{I^−}}$ $\nearrow$ ions thiosulfate : $n_{\mathrm{S_2O_3^{2−}}}$ $\nearrow$

On modélise cette transformation par une réaction chimique ne faisant intervenir que les espèces dont la quantité de matière varie :

$$\mathrm{I_2 (aq) + 2S_2O_3^{2-} (aq) \rightarrow 2I^- (aq) + S_4O_6^{2−} (aq)}$$

2. Avancement d’une réaction

L’avancement $x$ d’une réaction chimique est une quantité de matière égale au nombre de fois que la réaction se produit, Il s’exprime en mol. Au début d’un réaction l’avancement est nul et il ne fait qu’augmenter jusqu’à sa valeur finale notée $x_f$.

$$\mathrm{I_2 (aq) + 2S_2O_3^{2-} (aq) \rightarrow 2I^- (aq) + S_4O_6^{2−} (aq)}$$

Au cours de la réaction, 1 mol de $\mathrm{I_2}$ réagit avec 2 mol d’ions $\mathrm{S_2O_3^{2-}}$ pour donner 2 mol d’ions $\mathrm{I^-}$ et 1 mol d’ions $\mathrm{S_4O_6^{2-}}$. Les réactifs réagissant toujours dans les mêmes proportions, on peut écrire, plus généralement, que $x$ mol de $\mathrm{I_2}$ réagit avec $2x$ mol d’ions $\mathrm{S_2O_3^{2-}}$ pour former $2x$ mol d’ions $\mathrm{I^-}$ et $x$ mol d’ions $\mathrm{S_4O_6^{2-}}$.

3. Tableau d’avancement

(sur poly) :

• Pas d’évolution des quantités ne signifie pas forcement qu’il n’y a plus de réaction. (simulation)
• Dans la majorité des cas la quantité de matière des produits est nulle dans l’état initial mais ce n’est pas toujours le cas.
• Quand un réactif est indiqué en excès on ne complète pas la colonne correspondance et on la barre ou on écrit excès.
• Quand un solvant intervient en tant que réactif ou produit on ne complète pas la colonne correspondante, on la barre ou on écrit excès.

Application

On mélange $n_1=3,0×10^{-2} \text{ mol}$ de dioxyde de soufre ${\mathrm{S}}{\mathrm{O}_{\mathrm{2}}}$ en phase gazeuse avec $n_2=4,0×10^{-2} \text{ mol}$ de sulfure d’hydrogène $\mathrm{H_2S}$ également en phase gazeuse. Du soufre solide et de la vapeur d’eau se forment.

1. Écrire l’équation de réaction ajustée en indiquant les états des réactifs et des produits.
2. Déterminer le réactif limitant de la réaction.
3. Dresser le tableau d’avancement de le réaction.
4. En déduire l’avancement de cette réaction et déterminer la composition finale du système.