Suivi de l’évolution d’un système chimique : avancement, tableau d’avancement, transformations totales et partielles

Ce cours explique comment suivre l’évolution d’une réaction chimique à l’aide d’un tableau d’avancement.

Objectifs

Comprendre le concept d’avancement d’une réaction.
Représenter cette évolution dans un tableau d’avancement.
Distinguer une transformation totale d’une transformation incomplète ou partielle.

Notions clés

Réaction chimique: Transformation au cours de laquelle des substances initiales deviennent de nouvelles substances.
Avancement \\xi: Quantité de réaction, mesurant l’évolution du système ; en mol, elle indique combien de fois la réaction a avancé.
Tableau d’avancement: C’est un tableau dans lequel on note, pour chaque étape, la variation des quantités de chaque substance en fonction de \\xi.
Transformation totale: La réaction a complètement consommé les réactifs initiaux ; tous les réactifs ont disparu à un moment donné.
Transformation non totale: Une partie seulement des réactifs est consommée, une partie subsiste à la fin de la réaction.

Exemple résolu

Situation

Considérons la réaction : \\ce{aA + bB -> cC + dD} avec initialement \\textit{n}_A0, \\textit{n}_B0 mol de chaque substance.

Objectif

Suivre l’évolution en fonction de l’avancement \\xi.

Étapes

Expression du tableau d’avancement :

flowchart LR
A[Nomenclature]

tableau["Avancement : \\xi"]

A --> tableau

Calcul des quantités en fonction de \\xi :

 \[ 
 \text{pour } A : n_A = n_{A0} - a \\xi
 \ \\ 
 \text{pour } B : n_B = n_{B0} - b \\xi
 \ \\ 
 \text{pour } C : n_C = c \\xi
 \ \\ 
 \text{pour } D : n_D = d \\xi
 ]

Détermination du maximum de \\xi pour une transformation totale :
Voir la solution
$\xi_{max} = \min \left( \frac{n_{A0}}{a} , \frac{n_{B0}}{b} \right)$

Conclusion

La réaction est totale si, en atteignant \\xi_{max}, tous les réactifs sont consommés. Sinon, elle est incomplète.

Erreurs fréquentes

Confondre transformation totale et incomplète. La transformation totale vide une ou plusieurs substances.
Oublier de vérifier que \\xi ne dépasse pas le minimum pour une transformation totale.
Ne pas ajuster les coefficients stœchiométriques dans le tableau d’avancement.

Récapitulatif

L’avancement \\xi donne la progression d’une réaction en mol.
Le tableau d’avancement permet de suivre quantitativement l’évolution du système.
Une transformation est totale si tous les réactifs sont consommés à un moment donné.

Notions à retenir

Avancement

Quantité de réaction, en mol, qui indique la progression du système.

Tableau d’avancement

Outil pour suivre l’évolution des quantités en fonction de \\xi.

Transformation totale

Réaction où tous les réactifs initiaux sont consommés.

Transformation incomplète

Une partie des réactifs subsiste après la réaction.