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Comment construire un tableau descriptif de l'évolution du système au cours de la transformation ?

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Objectif
L'étude d'une transformation chimique nécessite une organisation préalable quant aux nombreux calculs qui jalonnent le bilan de matière.
Comment peut-on structurer ce bilan ?
1. Qu'est que le tableau descriptif ?

Le tableau descriptif de l'évolution du système au cours de la transformation ou plus simplement tableau d'avancement permet d'organiser autour de l'équation chimique un bilan de matière à l'état initial, en cours de réaction et à l'état final.

Le tableau d'avancement s'organise autour de 6 étapes :

  • établissement de l'équation bilan ;
  • définition de l'état initial du système ;
  • définition du système en cours de transformation ;
  • définition de l'état final du système ;
  • calcul de l'avancement maximal ;
  • application numérique. 

Étudions par exemple la combustion de 3 litres de butane (de formule brute : C4H10) dans 25 litres de dioxygène qui produit de l'eau et du dioxyde de carbone dans les conditions normales de température et de pression (T = 0 °C et P = 1013 hPa).

2. Etablir l'équation bilan

L'équation de la réaction chimique reflète la conservation des éléments et de la charge électrique ; il ne faut pas négliger cette étape et surtout l'ajustement des nombres stoechiométriques. Dans notre exemple :

3. Etat initial du système chimique

En terme de bilan de matière, il faut calculer les quantités de matière initialement introduites de butane et de dioxygène.
Ces espèces chimiques étant toutes deux des gaz, il suffit de connaître le volume molaire dans les conditions normales de température et de pression : Vm = 22,4 L.mol-1.

En appliquant la formule pour les gaz, n = V/Vm, on obtient :

  • ni(C4H10) = 0,13 mol
  • ni(O2) = 1,1 mol.
4. Construction du tableau d'évolution

A partir des données précédentes, on peut construire le tableau d'évolution du système au cours de la transformation chimique :

Le tableau d'avancement permet donc de :
  • calculer l'avancement maximal et déterminer le réactif limitant ;
  • de faire un bilan de matière à différents stades de la transformation d'un point de vue général ;
  • de calculer en moles les quantités de réactifs et de produits en fin de réaction.

Ensuite, il suffit de calculer, selon l'état physique des produits de réaction, leurs quantités dans des grandeurs mesurables. Pour les gaz, on parlera en volume, pour les solides en masse et pour les liquides en volume également.

L'essentiel
• Le tableau d'évolution d'un système chimique est un tableau descriptif permettant de dresser un bilan de matière autour de l'équation chimique dans l'état initial, au cours de la réaction puis dans l'état final.

• Les données permettent d'y calculer l'avancement final et les valeurs en mole des réactifs en excès et des produits apparus lorsque la réaction s'arrête.

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