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2 – transformations chimiques en solution

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Thème 2 : Les systèmes vivants échangent de la matière et de l’énergie
Activité Élève
Chapitre 1 : Les systèmes vivant assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées
2 – TRANSFORMATIONS CHIMIQUES EN SOLUTION
Connaissances
Lors d’une transformation chimique en solution, un
système fermé évolue vers un état d’équilibre
chimique.
Capacités
Mettre en œuvre des activités expérimentales et exploiter des ressources
documentaires pour :
- déterminer l’état final d’un système, dans le cas d'une réaction acide-base
ou d'une réaction d'estérification-hydrolyse
- mettre en relation l'état final avec le caractère total ou limité d'une
transformation
Une transformation chimique est elle toujours totale ?
Bien que l’organisme soit un système ouvert, certaines réactions métaboliques peuvent être étudiées comme
se faisant dans un système fermé.
Etude d’un système chimique simple : système fermé
L’état d’un système chimique est décrit en précisant :
- La nature et la quantité de matière (mole) des espèces chimiques présentes
- L’état physique de ces espèces chimiques : solide (s), liquide (l), gazeux (g), en solution aqueuse
(aq)
- La température T et la pression P du système.
Un système chimique peut évoluer et subir une transformation chimique qui modifie son état.
Lors de la transformation chimique :
- des espèces chimiques disparaissent : les réactifs,
- de nouvelles espèces chimiques apparaissent : les produits.
Une transformation chimique peut être modélisée par une réaction chimique.
Par convention d’écriture, dans une équation chimique, les réactifs sont placés à gauche et les produits à
droite : ils sont séparés par un signe égal ou une flèche ou une double flèche
Au cours d’une transformation chimique, il y a conservation des éléments chimiques, de la charge
électrique, et la masse des réactifs est égale à la masse des produits. Pour obéir à ces lois de
conservation, il faut ajuster l’équation avec des nombres placés devant les symboles, appelés coefficients
stœchiométriques.
Une transformation chimique correspond à l’évolution d’une réaction chimique d’un état initial à un état final.
Pour suivre cette évolution, on utilise une grandeur : l’avancement de la réaction chimique, noté x et exprimé
en mol.
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Thème 2 : Les systèmes vivants échangent de la matière et de l’énergie
Activité Élève
Chapitre 1 : Les systèmes vivant assurent leur activité et maintiennent leur intégrité en utilisant des voies métaboliques variées
Activité 1 : Etude de la réaction entre l’acide chlorhydrique et l’eau
On introduit 40 mL d'une solution aqueuse de chlorure d'hydrogène (HCl ou acide chlorhydrique) de
concentration molaire CHCl =1,0.10-2 mol.L-1 dans un bécher. La mesure du pH est égale à 2,0.
Le tableau d’avancement de la réaction chimique est présenté ci-dessous (l’eau est considérée comme étant
en excès).
Équation de la réaction
HCl(aq) + H2O(l)
Etat initial (avant la transformation) (mol)
L’avancement est 0
n0
n(HCl ; t=o)
Etat final (mol)
L'avancement est xf
n0 - xf
n(HCl ; t=final)
Cl-(aq) + H3O+(aq)

0
0

xf
xf
 en excès
Questions :
1. Calculer le nombre de moles initial d’acide chlorhydrique : n0.
2. A l’aide du tableau d’avancement,
2.1 Calculer le nombre de moles d’ions oxonium (xf) dans la solution obtenue à la fin de la
transformation chimique.
2.2 En déduire le nombre de moles d’acide chlorhydrique dans l’état final.
2.3 Conclure.
Activité 2 : Etude de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau
On étudie la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau en mélangeant une masse de 0,600 g d’acide
éthanoïque pur avec 100 mL d’eau de Volvic de pH égal à 7.
Les couples acide/base sont les suivants :
- CH3COOH (acide éthanoïque) / CH3COO- (ion éthanoate)
- H3O+ / H2O (l)
Questions :
1. Ecrire l’équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau dans le tableau ci-dessous.
2. Compléter le tableau d’avancement associé à cette réaction :
2.1. Calculer le nombre de moles d’acide éthanoïque et d’eau dans l’état initial.
Données : Meau = 18,0 g.mol-1 et Macide éthanoïque = 60,0 g.mol-1
2.2. En déduire le réactif limitant.
2.3. Déterminer la valeur de l’avancement final attendu si la transformation est totale.
2.4. En déduire la valeur du pH attendu correspondant.
2.5. Calculer la valeur de l’avancement final obtenu sachant que le pH mesuré lors de la
transformation chimique est en réalité de 2,8.
2.6. Conclure.
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Activité Élève
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Tableau d’avancement de la réaction
Equation de la réaction chimique :
Etat du système
Avancement
Etat initial
0
Etat intermédiaire
x
Etat final
(transformation totale)
xmax
Activité 3 : Pourquoi une réaction est-elle limitée ?
On dispose de deux béchers, notés (1) et (2), contenant tous les
deux le même volume de la même solution d'acide éthanoïque à la
concentration C =1,0.10-2 mol.L-1.
Une mesure du pH dans chaque bécher donne pH = 2,8. (État initial)
Etat initial du système chimique
On ajoute alors, dans le bécher (1) quelques gouttes d'acide
éthanoïque pur, et dans le bécher (2), quelques cristaux d'éthanoate
de sodium.
Après agitation, le pH dans le bécher (1) est égal à 2,1 et dans le
bécher (2) à 5,3. (État final)
Etat final du système chimique
Questions :
1. Déduire de l’évolution du pH celle des ions oxonium (augmentation ou diminution).
2. Préciser alors l’équation de la transformation chimique dans chacun des béchers.
3. Conclure sur la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau.
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2 - RECAPITULATIF COURS
Etat final d’un système après une transformation chimique
Bien que l’organisme soit un système ouvert, certaines réactions métaboliques peuvent être étudiées comme
se faisant dans un système fermé.
Une transformation chimique correspond à l’évolution d’une réaction chimique d’un état initial vers un état
final.
On distingue 2 types de réactions chimiques selon l’état final atteint à la fin de la transformation.
 La transformation chimique est totale : la réaction est irréversible
 L’état final est atteint lorsque qu’un des réactifs a totalement disparu. Ce réactif est le facteur limitant
de la réaction.
 La réaction chimique totale s’écrit :
A+B → C+D
 La transformation chimique n'est pas totale : la réaction est réversible
 Aucun des réactifs n’a totalement disparu après réaction, la réaction chimique est limitée.
 La réaction peut s'effectuer dans les deux sens et la flèche est remplacée par un signe = ou double
flèche.
 les réactions chimiques réversibles présentent un état d’équilibre (état final) pour lequel les
concentrations des réactifs et des produits restent constants au cours du temps. (Les réactions
en sens direct et indirect se compensent : réactifs et produits se forment et disparaissent à la même
vitesse).

La réaction chimique réversible s’écrit :
A + B
sens direct
C + D
sens indirect
Comparaison de l’état final obtenu pour une réaction totale ou non
Constatation
Réaction chimique totale
Réaction chimique limitée
Le système cesse d’évoluer quand
il a atteint l’avancement maximal.
Le système cesse d’évoluer sans
atteindre l’avancement maximal.
Avancement final xf
Concentrations des
espèces chimiques
à l’état final
Conséquence pour
la transformation du
système
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