Suivi de l’évolution d’un système, siège d’une transformationPrésentation :Cette partie poursuit l’étude de la modélisation macroscopique de la transformation chimique d’un système.
Les notions de masse molaire, volume molaire et concentration en quantité de matière (en mol.L -1 ) sont introduites pour déterminer la composition d’un système chimique. Pour décrire l’évolution d’un système, siège d’une transformation chimique, des bilans de matière complets sont effectués en s’appuyant sur la notion d’avancement (en mol). La notion de
transformation totale et non totale est introduite en comparant la valeur de l’avancement final à celle de l’avancement maximal, sans référence à la notion d’équilibre chimique.
Les réactions d’oxydo-réduction, modélisant les transformations impliquant un transfert d’électron(s) entre espèces chimiques, sont introduites puis réinvesties pour suivre,l’évolution d’un système. Certaines de ces réactions font intervenir des réactifs ou des
produits colorés et permettent d’appréhender plus aisément l’évolution d’un système au cours d’un titrage et de repérer l’équivalence.
Pour rendre plus concrète l’introduction de l’ensemble des nouveaux concepts, des exemples dans des domaines variés seront proposés pour les transformations et les titrages : combustion, corrosion, détartrage, contrôle qualité, analyse de produits d’usages
courants, surveillance environnementale, analyses biologiques, etc.
Notions abordées en seconde :Quantité de matière (mol), définition de la mole, solution, soluté, concentration en masse,
dosage par étalonnage, modélisation d’une transformation par une réaction chimique,
équation de réaction, notion de réactif limitant.
| Notions et contenus | Capacités exigibles Activités expérimentales support de la formation |
|---|
| A) Détermination de la composition du système initial à l’aide de grandeurs physiques |
| Savoirs :Relation entre masse molaire d’une espèce, masse des entités
et constante d’Avogadro.
Masse molaire atomique d’un élément.
Volume molaire d’un gaz.
Concentration en quantité de matière.
Absorbance, spectre d’absorption, couleur d’une espèce en solution, loi deBeer-Lambert. | Savoir-faireDéterminer la masse molaire d’une espèce à partir des masses molaires atomiques des éléments qui la composent.
Déterminer la quantité de matière contenue dans un échantillon de corps pur à partir de sa masse et du tableau périodique.
Utiliser le volume molaire d’un gaz pour déterminer une quantité de matière.
Déterminer la quantité de matière de chaque espèce dans un mélange (liquide ou solide) à partir de sa composition.
Déterminer la quantité de matière d’un soluté à partir de sa concentration en masse ou en quantité de matière et du volume de solution.
Expliquer ou prévoir la couleur d’une espèce en solution à partir de son spectre UV-visible.
Déterminer la concentration d’un soluté à partir de données expérimentales relatives à l’absorbance de solutions de concentrations connues.
Proposer et mettre en œuvre un protocole pour réaliser une gamme étalon et déterminer la concentration d’une espèce colorée en solution par des mesures d’absorbance. Tester les limites d’utilisation du protocole. |
| B) Suivi et modélisation de l’évolution d’un système chimique |
| Savoirs :Transformation modélisée par une réaction d’oxydo-réduction : oxydant, réducteur, couple oxydant-réducteur, demi-équation électronique.
Évolution des quantités de matière lors d’une transformation.
État initial, notion d’avancement (mol), tableau d’avancement, état final.
Avancement final, avancement maximal.
Transformations totale et non totale.
Mélanges stœchiométriques. | Savoir-faireÀ partir de données expérimentales, identifier le transfert d’électrons entre deux réactifs et le modéliser par des demi-équations électroniques et par une réaction d’oxydo-réduction.
Établir une équation de la réaction entre un oxydant et un réducteur, les couples oxydant-réducteur étant donnés.
Mettre en œuvre des transformations modélisées par des réactions d’oxydo-réduction.
Décrire qualitativement l’évolution des quantités de matière des espèces chimiques lors d’une transformation.
Établir le tableau d’avancement d’une transformation chimique à partir de l’équation de la réaction et des quantités de matière initiales des espèces chimiques.
Déterminer la composition du système dans l’état final en
fonction de sa composition initiale pour une
transformation considérée comme totale.
Déterminer l’avancement final d’une réaction à partir de la
description de l’état final et comparer à l’avancement
maximal.
Déterminer la composition de l’état final d’un système et l’avancement final d’une réaction.
Capacité numérique : Déterminer la composition de l’état final d’un système siège d’une transformation chimique totale à l’aide d’un langage de programmation.
Capacité mathématique : Utiliser une équation linéaire du premier degré. |
| C) Détermination d’une quantité de matière grâce à une transformation chimique |
| Savoirs :Titrage avec suivi colorimétrique.
Réaction d’oxydo-réduction support du titrage ; changement de réactif limitant au cours du titrage.
Définition et repérage de l’équivalence. | Savoir-faireRelier qualitativement l’évolution des quantités de matière de réactifs et de produits à l’état final au volume de solution titrante ajoutée.
Relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stœchiométriques.
Établir la relation entre les quantités de matière de réactifs introduites pour atteindre l’équivalence.
Expliquer ou prévoir le changement de couleur observé à l’équivalence d’un titrage mettant en jeu une espèce colorée.
Réaliser un titrage direct avec repérage colorimétrique de l’équivalence pour déterminer la quantité de matière d’une espèce dans un échantillon. |