questions récurrentes en chimie أسئلة شائعة فى الكمياء

questions récurrentes en chimie




Bonsoir.

J'ouvre ici un fil dont le but est de recenser les questions qui
reviennent souvent en chimie. Il ne s'agit pas d'une FAQ, mais juste des
"trucs" qui reviennent habituellement.

Vous êtes libres de participer, de la même façon que je suis libre de
modifier ou supprimer tout message qui ne va pas dans le sens escompté.

Liste des questions récurrentes :




Comment faire un tableau d'avancement

?



<blockquote id="TWP86" class="postcontent restore twUnmatched">
Pour la réaction : aA + bB ==> cC + dD

</blockquote>



Comment jongler avec les coefficients stoechiométriques ?




<blockquote id="TWP87" class="postcontent restore twUnmatched"> Pour la réaction : aA + bB ==> cC + dD



On précise toutefois que que les substances ne sont pas réellement
apparues ni ont disparu elles se sont transformées, comme dirait
Lavoisier
.
</blockquote>


Comment calculer la concentration molaire d'une solution à X % et de densité d ?




<blockquote id="TWP88" class="postcontent restore twUnmatched"> Comment calculer la concentration molaire d'une solution à X % et de densité d ?
Par exemple une solution commerciale d'HCl à 37 %. dont on connait la densité.

Raisonnons sur 1L. La densité nous permet d'avoir la masse volumique. On peut donc écrire :

Densité = masse volumique en kg/L

On accède donc à la masse de notre litre de solution :

Mais seul 37% de cette masse correspond à la masse de HCl. On a donc :



Ce qui correspond à une quantité de matière :



En divisant par le volume, on obtient la concentration :


</blockquote>


Comment équilibrer une équation d'oxydoréduction ?




<blockquote class="postcontent restore "> Comment équilibrer une équation d'oxydoréduction ?

* Déterminer les couples redox mis en jeu.
Notons ces couples
Ox₁/Red₁ et Ox₂/Red₂

* Ecrire les demi-équations associées à chaque couple.
(Il
est bon de rappeler que les demi-équations redox n'ont aucune réalité
physique mais qu'elles nous aident bien à comprendre ce qu'il se passe)

- D'abord, des exemples :
Ex.1 : couple Cu²⁺/Cu :
Cu²⁺ + 2e^- = Cu
Cu²⁺ + 2e^- = Cu (conservation de la charge électrique)

Ex.2 : couple MnO₄^-/Mn²⁺ :
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (ATTENTION ! ici l'équation est déjà équilibrée en Mn)
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (conservation de l'élément oxygène O)
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (conservation de l'élément H en introduisant des H⁺)
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O (conservation de la charge électrique avec les électrons e^-)
Ce deuxième exemple montre que l'oxydoréduction peut être associée au pH...
(voir en application les diagrammes de Pourbaix E-pH)


* Etablissement de l'équation-bilan :
On supposera que Ox₁ est réduit en Red₁ et que Red₂ est oxydé en Ox₂.

Pour obtenir l'équation-bilan de la réaction d'oxydoréduction, il suffit
de faire "disparaître" les électrons qui sont transférés au cours de la
réaction.
Pour cela, on multiplie la première équation par n₂ et la deuxième par n₁.
On ajoute membre à membre les deux demi-équations (on a bien de part et d'autre n₁*n₂ e^- qui se "simplifient")


- Cas simple (sans les H⁺) :


L'équation-bilan s'écrit alors :


Les coefficients a_i et b_i sont ici des entiers naturels.
On notera bien que n₂ multiplie tous les termes de la première équation et n₁ tous les termes de la deuxième !

- Cas où les H⁺ interviennent :
Un peu plus lourd à écrire... et certainement pas à connaître par coeur

Un bon exemple pour terminer :
La réduction de l'ion dichromate en chrome III par le Fe II.
* Les couples mis en jeu sont :

* Ecriture des demi-équations :

Fe²⁺ = Fe³⁺ + e^-
(oxydation du fer II)

On multiplie par 6 la deuxième demi-équation (et par 1 la première) et on a :

Cr₂O₇^2- + 6Fe²⁺ + 14 H⁺ -> 2Cr³⁺ + 6Fe³⁺ + 7H₂O

N.B. : Le principe des équilibres des demi-équations est toujours le
même ; il faut connaître les différentes étapes et savoir les justifier
rigoureusement (conservations des différents éléments et de la charge
électrique notamment)
</blockquote>


Comment passer de g/L aux mol/L ?




<blockquote id="TWP101" class="postcontent restore twUnmatched"> Comment passer des g/L aux mol/L ?

Pour ce faire, un simple raisonnement sur les unités suffit. Résumons :

Unités :

• concentration massique, c_m : g/L
  
• concentration molaire, c_n : mol/L
  
• masse molaire, M : g/mol
  

On remarque que si on divise une concentration massique par une masse molaire :



D'où la relation : </blockquote>


Structures électroniques, cases quantiques,...


Structure électronique, cases quantiques et classification périodique : le b.a.-ba

• Les cases quantiques et la structure électronique :
  Les orbitales s sont représentées par 1 case quantique
  Les orbitales p sont représentées par 3 cases quantiques
  Les orbitales d sont représentées par 5 cases quantiques
  Les orbitales f sont représentées par 7 cases quantiques
  Chaque case contenant au maximum 2 électrons de spins opposés (Règle de Hund).
  Un électron est représenté par une flèche.
  Par conséquent, il y aura maximum 2 flèches de sens opposé dans une même case.
  
  L'odre des sous-couches est le suivant :
  1s, 2s, 2p, 3s, 3p, 4s, 3d, 4p, 5s, 4d, 5p, 6s, 4f, 5d, 6p, 7s, 5f, 6d, 7p
  (règle de Klechkowski... qui se retient avec un petit tableau à double entrée tout bête )
  /
  
• Structures électroniques des premiers éléments :
  H : 1 e^- sur la couche 1
  répartition électronique : 1s¹
  1 flèche vers le haut (ou le bas) dans la case 1s
  
  He : 2 e^- sur la couche 1
  répartition électronique : 1s²
  1 flèche en plus par rapport à H dans l'autre sens dans la case 1s
  => La case 1s est saturée.
  
  Li : 2 e^- sur la couche 1 et 1 sur la couche 2
  répartition électronique : 1s²2s¹
  on rajoute 1 flèche vers le haut (ou vers le bas) dans 2s (par rapport à He d'où l'écriture [He]2s¹ pour la structure de Li)
  
  Be : 2 e^- sur la couche 1 et 2 sur la couche 2
  répartition électronique : 1s²2s²
  on rajoute une flèche dans l'autre sens dans la case 2s par rapport à Li
  => La case 2s est saturée.
  
  B : 2 e^- sur la couche 1 et 3 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 1 dans 2p.
  répartition électronique : 1s²2s²2p¹
  une flèche en plus dans une des cases de 2p
  
  C : 2 e^- sur la couche 1 et 4 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 2 dans 2p.
  répartition électronique : 1s²2s²2p²
  Attention ! La flèche à rajouter par rapport à B est dans le même sens et dans une autre case de 2p !
  
  N : 2 e^- sur la couche 1 et 5 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 3 dans 2p.
  répartition électronique : 1s²2s²2p³
  Attention ! La flèche à rajouter par rapport à B (et C) est dans le même sens et dans la dernière case libre de 2p !
  => La couche 2p est à moitié remplie (important car énergétiquement stable)
  
  O : 2 e^- sur la couche 1 et 5 sur la couche 2 dont 2 dans 2s et 4 dans 2p.
  répartition électronique : 1s²2s²2p⁴
  Attention ! La flèche à rajouter par rapport à N est dans le sens opposé dans une case de 2p (déjà occupée par 1 e-)
  
  On termine avec
  F : 1s²2s²2p⁵
  et
  Ne : 1s²2s²2p⁶
  => La couche 2p est saturée.
  
  Le raisonnement est le même pour la suite... et comme partout, il y a bien sûr des exceptions.
  /
  
• La structure électronique et les blocs de la classification périodique des éléments.
  * Les 2 premières colonnes correspondent au remplissage de la sous-couche s (ns¹ et ns²). => bloc s
  
  * Les 6 dernières colonnes correspondent au remplissage de la sous-couche p (ns²p¹ jusqu'à ns²p⁶). => bloc p
  
  * Les éléments de transition (10 colonnes) correspondent au remplissage de la sous-couche d (ns²p⁶d¹ jusqu'à ns²p⁶d¹⁰).
  => bloc d
  
  * Les Lanthanides et Actinides (2 lignes de 14 colonnes) correspondent au remplissage de la sous-couche f (ns²p⁶d¹⁰f¹ jusqu'à ns²p⁶d¹⁰f¹⁴).
  => bloc f
  
  Cependant il y a des exceptions (toujours elles) :
  - La première déjà est l'hélium (He) : en 1s², il devrait se situé dans
  la deuxième colonne du tableau mais la couche s étant remplie (ou
  saturée) il apparaît dans la dernière colonne et fait partie des gaz
  rares - qui sont chimiquement stables et ne réagissent que très peu à
  cause de leur couche périphérique remplie (le Xénon est un peu à part
  mais cela est déjà traité dans un autre post).
  - Ensuite dans les éléments de transition, il y a quelques exceptions,
  notamment le cuivre qui, pour se stabiliser, n'a pas la configuration
  attendue (cela a déjà été abordé aussi dans un autre post), il y en a
  d'autres encore...
  - dans le bloc f, là il y a pas mal de "bousculades" côté structure
  électronique... Je vous laisse chercher les configurations si ça vous
  intéresse mais ce bloc est peu traité (à cause, sans doute, du nombre
  important de ces exceptions !?!)
  /
  
• Complément :
  Vous pouvez aller voir aussi ce magnifique site (en anglais).
  Choisissez un élément (au hasard ou pas).
  Descendez un peu sur la gauche
  > Electronic properties > Electronic configuration et vous pourrez découvrir le remplissage des cases quantiques suivant le nombre d'électrons
  

Comment calculer les quantités de matière ?




<blockquote class="postcontent restore "> Comment calculer les quantités de matière ?

Il est souvent demandé (ou recommandé) de savoir déterminer les
quantités de matière pour dresser un tableau d'avancement ou tout
simplement parce que la question est : " Calculer la quantité de matière
contenue dans ... ?"

Voici les cas les plus fréquents :

• cas d'une solution (aqueuse) :
  Connaissant la concentration et le volume de la solution , on utilise la relation
  
  
  
  
  /avec en , en et en
  /
  
• cas où on connaît la masse molaire :
  Connaissant la masse molaire et la masse , on utilise la relation
  
  
  
  
  /avec en , en et en
  /
  
• cas d'un gaz dont on donne le volume molaire :
  Connaissant le volume molaire et le volume du gaz , on utilise la relation
  
  
  
  
  /avec en , en et en
  /
  
• cas d'un gaz parfait :
  Connaissant la pression , la température et le volume , on utilise la loi des gaz parfaits :
  
  
  
  
  /avec en , en (ATTENTION !!), en et
  

/
Complément :
De ces deux dernières relations, on déduit l'expression du volume
molaire d'un gaz parfait en fonction de la pression et de la
température. En effet, on a :


Une petite application numérique (pour s'en convaincre) :
à une température T=293,15K (= 20°C) et sous une pression p = 101325Pa (= 1atm) et R=8,31SI, on trouve V_m = 0,024m³.mol^-1 soit V_m = 24L.mol^-1

Le même calcul à T=273,15K conduit à V_m = 22,4L.mol^-1
(si ça ne vous dit rien, on ne peut plus grand chose pour vous )
</blockquote>


molarité et normalité




<blockquote id="TWP113" class="postcontent restore twUnmatched">
Il y a plusieurs normalités, selon ce que tu fais comme chimie
Pour les pH, on compte le nombre de protons échangeables
Pour l'oxydoréduction, on compte le nombre d'électrons échangeables
(pour la physio, il semblerait qu'on tienne compte de la charge de l'ion)

Pour une solution d'acide ou de base (respectivement d'oxydant ou de
réducteur) contenant une concentration M en mol/L d'une espèce capable
d'échanger n protons (respectivement n électrons) la normalité est N=x*M

Exemples
Acido/basique
L'acide chlorhydrique libère 1 proton, une solution à 2M=2mol/L est également 2N

L'acide sulfurique libère 2 protons, une solution à 3M=3mol/L est également 6N

Oxydo/réduction
Dans le couple MnO₄^-/Mn²⁺ le manganèse échange 5 électrons
MnO₄^- + 8H⁺ + 5e^- = Mn²⁺ + 4H₂O
Une solution 2M=2mol/L de permanganate est donc 10N

Dans le couple MnO₄^-/MnO₂ le manganèse échange 3 électrons
MnO₄^- + 4H⁺ + 3e^- = MnO₂ + 2H₂O
Une solution 2M=2mol/L de permanganate est donc 6N

Dans le couple I₂/I^- le diiode libère 2 électrons mais chaque iodure capte 1 électron
I₂ + 2e^- = 2I^-
Une solution molaire de diiode sera 2N alors qu'une solution molaire en iodure sera 1N

Crédits : Harley
</blockquote>


Déduire la concentration par un dosage




<blockquote id="TWP114" class="postcontent restore twUnmatched"> Deduire la concentration par un dosage
Ici, dans le cadre d'un énoncé déjà préétablit, type : "on dose A par B"
Donc on met l'espèce A de concentration inconnue dans le bécher et la solution de concentration connue en B dans la burette.

On écrit l'équation de la réaction par les méthodes précédentes : oxydoréduction ou acide-base

Lors de l'expérimentation, on déverse la solution de B jusqu'à l'équivalence, soit un volume V_B qu'on nommera V_equ
Pour se le représenter, dans le tableau d'avancement :

On a donc



Je sais, c'est monstrueux, remplacez par les valeurs au fur et à mesure, et c'est nettement plus digeste.
</blockquote>