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Première · Physique-Chimie · Chapitre 1

Suivi et modélisation d'une transformation chimique

Ce que tu sauras faire

  • Relier masse, volume, concentration et quantité de matière, et calculer une masse molaire à partir d'une formule chimique.
  • Préparer une solution par dissolution ou par dilution, et justifier le choix de la verrerie.
  • Modéliser une transformation par une réaction chimique et écrire son équation ajustée.
  • Construire un tableau d'avancement et l'exploiter jusqu'à l'état final.
  • Identifier le réactif limitant, calculer l'avancement maximal et reconnaître un mélange stœchiométrique.
  • Déterminer une concentration par un dosage par étalonnage, en spectrophotométrie (loi de Beer-Lambert) ou en conductimétrie (loi de Kohlrausch).
  • Exploiter un titrage avec suivi colorimétrique : repérer l'équivalence et en déduire la concentration cherchée.

Au programme du chapitre

  1. Compter la matière : la mole et la masse molaire
  2. Concentration en quantité de matière
  3. Modéliser une transformation par une réaction chimique
  4. L'avancement : une seule inconnue pour tout le système
  5. Le tableau d'avancement et le réactif limitant
  6. Avancement final, transformation totale ou non
  7. Doser sans détruire : le dosage par étalonnage
  8. Titrer : faire réagir pour compter

Exercices corrigés

Exercice 1

Un élève affirme : « le réactif limitant, c'est celui dont on a mis la plus petite quantité de matière ». Explique pourquoi cette phrase est fausse, et donne la règle correcte.
Un coup de pouce
Demande-toi combien de fois l'équation peut « se dérouler » avec ce dont tu disposes de chaque réactif.
Voir la correction pas à pas
Elle oublie les nombres stœchiométriques. Dans la combustion du méthane CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O, on peut partir de 2,02{,}0 mol de méthane et 3,03{,}0 mol de dioxygène : le dioxygène est en plus grande quantité et c'est pourtant lui qui manque, puisqu'il en faut deux fois plus que de méthane.
La règle correcte : pour chaque réactif, calculer le quotient niai\dfrac{n_i}{a_i} de la quantité initiale par le nombre stœchiométrique. Le plus petit quotient désigne le réactif limitant, et ce quotient vaut directement l'avancement maximal xmaxx_{max}.

Exercice 2

Pourquoi exige-t-on qu'une réaction support de titrage soit totale, rapide et unique ? Que se passerait-il, concrètement, si chacune de ces trois conditions n'était pas remplie ?
Un coup de pouce
Pour chaque condition, imagine ce que deviendrait le volume équivalent mesuré : trop grand, trop petit, ou impossible à repérer ?
Voir la correction pas à pas
Totale : si la réaction s'arrêtait avant d'avoir tout consommé, le volume versé ne correspondrait plus à la quantité titrée, et la relation à l'équivalence serait fausse. On lirait une concentration trop faible.
Rapide : si la réaction prenait plusieurs minutes, le changement de teinte arriverait longtemps après la goutte qui l'a provoqué. On dépasserait l'équivalence sans le voir, et VEV_E serait surestimé.
Unique : si le titrant réagissait aussi avec une autre espèce du bécher, une partie du volume versé serait consommée ailleurs. On attribuerait à l'espèce titrée un volume qui ne lui revient pas.
Les trois conditions garantissent une seule chose, mais décisive : que tout le titrant versé jusqu'à l'équivalence a réagi avec l'espèce titrée, et avec elle seule.

Les pièges à éviter

  • Croire que le réactif limitant est celui qu'on a mis en plus petite quantité.
  • Ajuster une équation en modifiant les indices d'une formule, par exemple écrire H₂O₂ au lieu de H₂O pour équilibrer les oxygènes.
  • Oublier le rapport a/b dans la relation à l'équivalence quand les nombres stœchiométriques diffèrent.
  • Confondre concentration en quantité de matière (mol/L) et concentration en masse (g/L).

Pour aller plus loin

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