Transformations chimiques

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Fiches
Classe(s) : 2de | Thème(s) : Transformations de la matière et transfert d'énergie

Lors d’une transformation chimique, les éléments chimiques constituant les réactifs sont recombinés pour former les produits de la transformation.

I La transformation chimique, un système qui évolue

À noter

La plupart des systèmes chimiques se trouvent initialement à la pression atmosphérique. Cette pression s’exprime en pascals et vaut : patm = 1,013 × 105 Pa.

Un système chimique est un mélange d’espèces chimiques susceptibles de réagir entre elles. L’état d’un système chimique est décrit par :

– les conditions de pression p et de température T ;

– les espèces chimiques présentes en précisant leur état physique : solide (s), liquide (), gaz (g) ou en solution aqueuse (aq).

Pour décrire l’évolution d’un système chimique, on compare son état initial (EI) à son état final (EF).

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Une transformation chimique est une évolution d’un système au cours de laquelle des espèces chimiques, appelées réactifs, disparaissent en faisant apparaître de nouvelles espèces chimiques, appelées produits de la transformation. Les espèces système qui ne sont pas affectées sont dites spectatrices.

Au cours d’une transformation chimique, les réactifs disparaissent mais les éléments chimiques qui les constituent se retrouvent dans les produits de la transformation. C’est la conservation des éléments.

Exemple : La combustion de l’éthanol (C2H6O) dans le dioxygène (O2) est modélisée par une réaction dont l’équation est :

C2H6O() + 3 O2(g) → 2 CO2(g) + 3 H2O(g)

Les éléments chimiques (H, C et O) présents dans les réactifs ne disparaissent pas, on les retrouve dans les produits de la transformation, assemblés différemment.

II Aspect énergétique d’une transformation chimique

Une transformation chimique endothermique absorbe de l’énergie. En général, cela se traduit par une diminution de la température du milieu réactionnel. Exemple : La dissolution du nitrate d’ammonium est endothermique.

Une transformation chimique exothermique libère de l’énergie thermique. En général, cela se traduit par une élévation de température du milieu réactionnel.

Exemple : Les combustions sont exothermiques.

Méthode

Décrire un système chimique et son évolution

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On chauffe fortement du sucre (saccharose C12H22O11) dans un tube à essai équipé d’un tube à dégagement. Il brunit, de la vapeur d’eau s’échappe, se condense sous forme liquide dans un deuxième tube jusqu’au moment où, au fond du tube chauffé, il ne reste plus qu’un solide noir, c’est du carbone.

a. Décrire l’état initial et l’état final du système. Montrer qu’une transformation chimique a eu lieu et identifier les réactifs et les produits.

b. Lors de l’expérience, une transformation physique a également lieu. Laquelle ?

c. La transformation chimique est-elle endothermique ou exothermique ? Justifier.

Conseils

a. Relevez dans l’énoncé les espèces présentes initialement et finalement, en notant leur état physique. Identifiez celles qui disparaissent et celles qui apparaissent.

b. Identifiez le produit de la réaction qui subit le changement d’état.

c. Observez les conditions expérimentales.

Solution

a. Initialement, le dispositif contient du saccharose solide : C12H22O11(s) et de l’air (diazote N2(g) et dioxygène O2(g)). Finalement, il reste toujours de l’air, le sucre a disparu tandis que de l’eau liquide H2O(ℓ) et du carbone solide C(s) se sont formés.

À noter

Cette transformation n’est pas une combustion, mais une pyrolyse ; la molécule de saccharose est décomposée par la chaleur.

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C’est une transformation chimique car il apparaît deux nouvelles espèces (carbone et eau). Dans la situation étudiée, il n’y a qu’un réactif, le saccharose (sucre) qui est totalement consommé. Les produits de la transformation sont le carbone et l’eau.

b. L’eau se forme à l’état de vapeur, puis elle se liquéfie lorsqu’elle se refroidit dans le tube à dégagement. L’eau subit donc une liquéfaction.

c. Pour réaliser cette pyrolyse, il faut chauffer fortement, c’est-à-dire apporter de l’énergie thermique. La transformation est donc endothermique.