Chim. N° 9

La réaction chimique. Cours

 

I - Transformation chimique.

II - État initial et État final.

III - Réaction chimique et équation chimique.

IV - Applications.

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde  Collection DURANDEAU   HaCHETTE

Exercice 5 page 330 Exercice 8 page 330
Exercice 9 page 331 Exercice 11 page 331
Exercice 19 page 332

Physique et Chimie  seconde  Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

Exercice 10 page 148

Exercice 13 page 148
Exercice 16 page 149 Exercice 22 page 150 (1 S)

 

 Matériel :

Brique réfractaire, bec Mecker, barreau aimanté, ruban de magnésium, fer en poudre, soufre en fleur, mélange fer soufre.

solution de sulfate de cuivre II de concentration C = 0,10 mol / L ou C0 = 1,0 mol / L, soude de concentration C0 = 1,0 mol / L, ammoniac et phénolphtaléine,  eau distillée.

 

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

Réactifs et produits ; conservation des éléments chimiques ; la réaction chimique ; nombres stœchiométriques ; proportions stœchiométriques ; ...

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I- Transformation chimique.

1)- Expérience 1 : Réaction entre le fer et le soufre.

-        L’espèce chimique fer : c’est une poudre grise constituée d’atomes de fer.

-        Sa formule chimique est Fe. Si on approche un barreau aimanté (placé dans un sac en plastique), on remarque que la poudre est attirée par la barreau aimantée

-    L’espèce chimique soufre : c’est une poudre jaune constituée d’atomes de soufre.

-        Sa formule chimique est S.

-        Si on approche un barreau aimanté, il ne se produit pas de phénomène d’attraction.

-     On mélange intimement le fer et la soufre en poudre.

-        On amorce la réaction avec un bec Mecker ou un ruban de magnésium.

-     Il apparaît une nouvelle espèce chimique qui ne possède pas de propriété magnétique

-     Il y a eu une transformation chimique.

-        Il se forme du sulfure de fer, produit de la transformation chimique.

-     Le fer en poudre et le soufre en poudre sont les réactifs de la transformation chimique.

2)- 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.

3)- 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.

-     Un système chimique est un ensemble d’espèces chimiques. 

Son état est caractérisé par :

-     La nature et la quantité des espèces chimiques qui le composent

-     Les paramètres physiques : la pression P, la température θ

-        L’état physico-chimique des espèces chimiques (solide, liquide, gazeux, ions en solution).

4)- Exemples : transformation chimique ou non ?

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

II- État initial et état final.

1)- 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.

2)- Exemple 1 : réaction entre le fer et le soufre.

 

État initial

Transformation chimique

État final

Fer en poudre (solide de couleur grise) Fe (s)

Soufre en fleur (solide de couleur jaune) S (s)

Quantités de matière

n (S) et n (Fe)

Température et pression :

P et θ

Action du fer 

sur le soufre

Sulfure de fer (solide gris bleu ). 

Il peut rester du fer ou du soufre

FeS.

Quantités de matière :

n (FeS) , n ( S) ? ou  n (Fe) ?

température et pression :

P et θ

3)- 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 :   

  (Cu 2+ (aq) + SO4 2- (aq) )

Solution aqueuse de soude :

 (Na + (aq)  +  HO - (aq))

quantités de matière :

n (Cu 2 +), n (SO 42-),

 n (Na  +), n (OH -)

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 (HO) 2 (s)  

 et la solution bleue :

 (Cu 2+ (aq) + SO4 2- (aq)  

(Na + (aq)  +  HO - (aq)) ?

quantités de matière :

 n {Cu (OH)2}

n (Cu 2 +) , n (SO 42-)

n (Na  +) , n (OH -) ?

température et pression :

P et θ

III- 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 membre 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 :

2 C 4 H 10 (g)   +    13 O 2  (g)      8 C O 2 (g)    +    10 H 2 O (l)   

 

Réactifs

 

Produits

Équation chimique

2 C 4 H 10 (g)13 O 2  (g) 

8 C O 2 (g)  +  10 H 2 O ()

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

Cu 2+ (aq)  +  2 HO - (aq)

Cu (HO) 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

IV- Applications :

Exercice 10 page 148

Exercice 13 page 148
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