Evolution of a Chemical System and Equilibrium State

LC70 Evolution d'un syst me chimique Niveau de la le on : MPSI l ment impos : D terminer, l aide d un langage de programmation, l tat final d un syst me, si ge d une transformation, mod lis e par une r action partir des conditions initiales et valeur de la constante d quilibre. 1

Prrequis pour la leon : - Notion d'acides et de bases niveau Terminale. - Notion de conductivit de Terminale (loi de Kohlrausch) et de r actions acide base. - La s quence de Terminale sur "Pr voir le sens de l volution spontan e d un syst me chimique", cours introductif du th me abord aujourd'hui. - Le cours d'introduction de MPSI sur les syst mes physico-chimiques (esp ces chimiques, quantit de mati re, fraction molaire, pression partielle, mod lisation d'une transformation, tableau d'avancement,...) 2

Partie du programme : 3

Objectifs de la leon : - Comprendre la notions d'activit pour pouvoir exprimer correctement le quotient de r action en fonction de la r action tudi e. - Diff rencier la notion d' quilibre et la notion de r action totale. - Remonter la composition du syst me (final) l' quilibre partir de la connaissance de la constante d' quilibre et des quantit s initiales (soit par un calcul, soit par un code Python). 4

Difficults attendues et solutions : Difficult s attendues : Solutions apport es : - - Ecrire correctement les tats physiques des esp ces mises en jeu + ne pas oublier les coefficients stoechiom triques, pour ne pas se tromper au niveau des activit s. Rappels l'oral + pour les premi res quations utilisation d'une autre couleur au tableau pour bien capter l attention de l l ve. - - L'utilisation d'un programme python (nouveau pour eux). Bien insister avec les param tres sur lesquels ils peuvent jouer et comment fonctionne le code, sans rentrer dans les sp cificit s du code. - Insister fortement sur la pr sence de la concentration et pression standard. - Rendre les quotients de r action sans dimension. - - L'apprentissage de connaissances th oriques plut t conceptuels. Recours une multitude d'exemples diff rents pour bien assimiler + dans la mesure du possible utiliser des r actions utiles dans l'industrie. 5

I. Evolution dun systme chimique 6

I.1. Notion dquilibre tat final : tat du syst me quand les quantit s de mati re (r actifs et/ou produits) n voluent plus dans le temps. tat d quilibre : tat final particulier pour lequel tous les constituants du m lange r actionnel sont encore pr sents. Il caract rise les r actions quilibr es. Il s agit d un quilibre dynamique. R action totale : le m lange r actionnel volue jusqu disparition d un des r actifs (le r actif limitant) 7

I.1. Notion dquilibre B cher 1 : solution contenant des ions B cher 2 : on ajoute une solution contenant des ions pH=2 pH= 8

I.1. Activit dune espce Corps purs M lange (id al) Liquide a=1 Liquide Gaz a=1 Gaz Solide a=1 9

I.3. Loi de Guldberg et Waage R action dans le sens direct R action dans le sens indirect K Qr Qr 10

II. Etat final dun syst me 11

II.1. Raction acido-basique Loi de Kohlrausch 12

II.1. Raction acido-basique C=0.1mol/L C=0.05 mol/L C=0.02mol/L K =12.136 K =12.135 K =12.09 T=25 C (C=0.1mol/L) T=34 C (C=0.1mol/L) K =12.136 K =16.46 13

II.2. Raction industrielle : synthse de lammoniac Dans l industrie, cette r action se fait P=300 bar et T=820K. D o viennent ces conditions ? 14