LC07 : Evolution spontanée d’un système chimique

Bibliographie

• Tle, spécialité physique chimie, le livre scolaire
• Sirius Physique-chimie terminale, Nathan
• https://www.pccl.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/terminale_TS/daniell.htm

Prérequis

• Réaction d’oxydo-réduction
• Réaction Acides-bases

Intro

I. Equilibre et évolution d’un système chimique

1) Etat final d’un système chimique

On a pu étudier des réactions totale où l’avancement final du système est égal à l’avancement maximal. ex : HCl+H₂O -> Cl^-+H₃O⁺

Ici la totalité d’un des réactifs (HCL) est totalement consommé. (tableau d’avancement ?) On peut alors facilement connaître la composition du système à l’équilibre.

Mais il existe également des réactions où la totalité des réactifs n’est pas consommés, il y aura alors coexistance des produits et des réactifs à l’état final et l’avancement final n’est pas égal à l’avancement maximal, le tableau d’avancement n’est donc pas suffisant pour pouvoir caractériser la composition du système à la fin de la réaction. La réaction est alors non-totale.

ex : CH₃COOH+H₂O -> <- CH₃COO^-+H₃O⁺

A l’état final d’une réaction non-totale les réactifs et les produits se retrouvent ensemble et la réaction chimique peut s’effectuer dans les deux sens (d’où l’utilisation de la double flèche). -> : sens direct ; <- : sens indirect.

Lorsque les quantités des espèces n’évoluent plus à l’échelle macroscopique, le système est à l’équilibre.

Transition : Puisque le tableau d’avancement ne suffit plus à caractériser l’état final du système, on va introduire un nouvel outil qui va nous permettre d’y arriver.

2) Quotient de réaction

Réaction littérale.

On définit le quotient de réaction. Expréssion de Qr en littéral. En précisant bien que C⁰=1mol/L.

Qr ne dépend que des concentrations des espèces en solution. Les sespèces solides ou le solvant n’interviennent pas dans l’expression. Ecrire le Qr pour la réaction du vinaigre sur l’eau.

Evaluons ce quotient de réaction à l’équilibre de cette réaction. Expérience : Fosset Détermination de la constante d’acidité de l’acide acétique par conductimétrie Lorsque le système a atteint son état d’équilibre peut importe sa composition initiale le Qr,eq=constante. Cette constante est appellé constante d’équilibre. C’est une valeur tabulée. Elle ne dépend que de la température.

Mettre de l’acide acétique dans un bécher thermostaté avec un bain thermostaté. Dans une burette mettre de la soude. On fait varier la concentration en soude initiale.

Transition : On peut donc avec cet outil connaître l’état initial et l’état final de notre système. Cela va nous permettre de savoir dans quel sens va évoluer le système.

3) Sens d’évolution spontané

Comme on vient de le voir, le quotient de réaction va tendre vers la constante d’équilibre K°. Les trois possibilités sont les suivante. Bien regarder en fonction des concentration ce que cela veut dire. Faire une jolie flèche ou un joli tableau.

Transition : On va appliquer tout ça à un exemple particulier.

II. Application à la pile Daniell

1) Présentation d’une pile

https://www.pccl.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/terminale_TS/daniell.htm

Demi-pile : contient l’oxydant et réducteur d’un même couple. C’est un métal conducteur baingant dans une solution d’ion. pile=2 demi-pile

On admet qu’à chaque demi-pile se produit la demi-réaction : Zn2++2e- = Zn(s) et Cu2++2e=Cu(s).

Pour avoir la réaction qui se produit sans savoir encore dans quel sens se produit la réaction, on a : Réaction ox/red On peut voir qu’on a soit consommation de Zn soit consommation de Cu solide.

Expérience : On branche deux piles Daniell en série avec une LED. Et on voit qu’elle ne s’allume que dans un sens cela signifie que la réaction n’a lieu que dans un sens.

Transition : On va essayer de prévoir dans quel sens a lieu la réaction avec les outils qu’on a utilisé précédement.

2)Evolution spontanée du système

Calcul de Qr,i La constante d’équilibre tabulée est : K°=10^35. On en déduis le sens de réaction. On consomme du zinc pour produire du cuivre. (Retour sur l’animation pour montrer ça et le sens des électrons)

Conclusion

Réaction forcée ex : l’electrolyse.

Diapo

LC07.pptx