ENSEIGNER
mardi 12 décembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Transformation chimique et avancement
  -  _ (Anciens programmes)  -  Chimie

Activité 4: III. Étude de l’avancement d’une réaction chimique

 
On étudie la réaction entre le méthane CH4 et le dichlore Cl2 d’équation : CH4 + Cl2 → CH3Cl + HCl.
Les conditions initiales sont : ni(CH4) = 8.10–2 mol ; ni(Cl2) = 5.10–2 mol ; ni(CH3Cl) = ni(HCl) = 0 mol.
Le tableau d’avancement de cette réaction est :

 

 

 CH4 + Cl2  CH3Cl + HCl

Etat du système

avancement

n(CH4)

n(Cl2)

n(CH3Cl)

n(HCl)

Etat initial

x = 0

8.10–2

5.10–2

0

0

Etat intermédiaire

x = 2.10–2

 

 

 

 

Etat intermédiaire quelconque

x

 

 

 

 

État final

xmax =

 

 

 

 

1. Par analogie avec celle donnée dans la partie II, proposer une définition et une unité pour la grandeur avancement dans le cas d’une réaction chimique.

2. Compléter le tableau d’avancement, et préciser la valeur de xmax.


But: III. Étude de l’avancement d’une réaction chimique

Cette partie cherche à transposer le raisonnement fait sur la disparition ou l’apparition des particules avec le simulateur à l’avancement d’une réaction chimique. C’est un passage de l’avancement « microscopique simulé » à l’avancement macroscopique via un tableau d’avancement simulé. Il nous semble que se passage est beaucoup moins difficile et abstrait pour les élèves que celui de la définition brute à la compréhension de la notion.

Pour favoriser cette transposition, les notations et le tableau sont similaires à ceux utilisés dans le travail avec le simulateur, mais les formules chimiques et des quantités de matières « classiques » placent l’ensemble dans un contexte de réaction chimique.

Dans ces conditions, il est demandé  à l’élève de proposer une définition « macroscopique » de l’avancement, et de lui associer une unité ; c’est pour cela qu’elle n’est pas donnée dans le tableau.

Comportement des élèves: III. Étude de l’avancement d’une réaction chimique

Les élèves ont évidemment du mal avec la définition macroscopique de l’avancement. Quelques réponses d’élèves :

Ø      Réponses utilisant uniquement le vocabulaire lié au simulateur

Laurent et Gauthier

 [ni(CH4)  – x] + [nf(Cl2) – x] = 2x + nf(Cl2) + nf(CH4)  x représente le nombre de choc. 

Marielle

L’unité de l’avancement est la particule.

Mathieu et Mathieu

C’est le nombre de chocs qui se sont déjà produits et qui ont été efficaces. L’unité est la mole.

Paul et Julien

On appelle avancement la grandeur notée X qui correspond au nombre de particules CH3Cl (ou de HCl) formé. L’unité est en mole (mol)

ØRéponses mélangeant le vocabulaire macroscopique et simulé :

Anthony

x est le nombre de molécules CH3Cl et HCl. Ici on a une réaction chimique : les molécules qui vont se percuter vont changer de composition chimique.

Laurent

La quantité (mol) de produit est égale au nombre de choc entre les particules réactives.

Charlyne et Marie

Grandeur avancement : nombre de mole de nouvelles particules produites pendant le réaction en mol.

 

Ø      Réponses macroscopiques :

Florian/Antoine

La grandeur est la quantité de matière de la molécule produite, dont l’unité est la mole.

Felix et Valentin

L’avancement a pour unité la mole. C’est le nombre de mol d’une des deux espèces chimiques formées à la fin de la réaction.

Sarah et Marie

L’avancement pour cette réaction est la valeur CH3Cl ou HCl donc la valeur d’un des produits. Unité : mol. 

Paul et Maxime

La grandeur avancement correspond à la quantité de matière des molécules formées d’un produit.

Alexandre et Sofiane

Avancement : en mol. Quantité de matière de produit formé (nCH3Cl ou nHCl)

 

Ø      Réponses impliquant une variation entre deux états :

Fabian

L’avancement est le nombre de moles apparues et disparues antre l’état initial et un autre état dans le cas d’une réaction chimique. L’unité est le nombre de moles.

Kenny

Dans le cas d’une réaction chimique, la grandeur d’avancement est la différence entre 2 états du système. L’unité de la grandeur avancement est le mol.

Claire

L’avancement x est la différence entre les conditions initiales d’une espèce chimique (ici et le nombre de mol qui reste après la réaction. X = ni(CH4) – n(CH4) avec ni(CH4) = 8 et n(CH4) = 6 et x = 2. 2 = 8 – 6). C’est aussi le nombre de particules formées. Il n’y a pas d’unité d’avancement, car ce tableau peut être utilisé dans n’importe quel cas.

 

  • L’argument sur l’homogénéité de la relation entre x et les quantités de matière n’est pas évident à leur niveau et n’est compris ou évoqué que par les meilleurs…
  • Comme pour la partie II,  dans la ligne intermédiaire quelconque, les élèves veulent donner une valeur à x.

 

Corrigé: III. Étude de l’avancement d’une réaction chimique

  1. Pour la réaction étudiée, l’avancement correspond à la quantité de matière d’un produit formé.

  2. Le tableau complété est :

 

 

    CH4   +     Cl2      CH3Cl +   HCl

Etat du système

avancement

n(CH4)

n(Cl2)

n(CH3Cl)

n(HCl)

Etat initial

x = 0

8.10–2

5.10–2

0

0

Etat intermédiaire

x = 2.10–2

6.10–2

3.10–2

2.10–2

2.10–2

Etat intermédiaire quelconque

x

8.10–2 – x

5.10–2 – x

x

x

État final

xmax = 2.10–2

3.10–2

0

5.10–2

5.10–2