Transformations chimiques s’effectuant dans les 2 sens – Exercices (2ème Bac)

La transition entre la chimie de la classe de première et celle de terminale passe obligatoirement par la maîtrise des exercices transformations chimiques s’effectuant dans les 2 sens 2ème bac. Ces séries de travaux dirigés sont élaborées pour les élèves de 2bac sciences physique, 2bac sciences maths et 2bac svt. L’objectif est d’apprendre à utiliser les données expérimentales (comme le pH d’une solution) pour remplir le tableau d’avancement, calculer l’avancement final, et en déduire si une réaction est totale ou limitée en calculant son taux d’avancement final (τ).

1. Remplir le tableau d’avancement avec précision

Dans tous les problèmes de chimie en 2bac svt et physique, la première question vous demande de dresser le tableau d’avancement. L’erreur la plus commune concerne la réaction d’un acide (ou d’une base) avec l’eau. Rappelez-vous toujours que l’eau (H₂O) est le solvant. Par conséquent, elle est toujours introduite en excès (ou en large excès). On ne calcule jamais sa quantité de matière initiale.

Les colonnes de l’état final doivent obligatoirement utiliser la notation xf (avancement final) au lieu de xmax, car vous ne savez pas a priori si la réaction est totale ou limitée. Ce n’est qu’après avoir calculé le taux d’avancement que vous pourrez trancher.

2. Utiliser le pH pour déterminer l’avancement final (xf)

Voici la méthodologie type qui tombe chaque année à l’examen pour le couple acide/eau :

1. L’énoncé vous donne la concentration initiale (C) et le volume (V) de la solution acide. Vous en déduisez que xmax = C × V (puisque l’eau est en excès).
2. L’énoncé vous donne également la valeur mesurée du pH de la solution finale.
3. Grâce au tableau d’avancement, vous remarquez que la quantité de matière des ions oxonium (H₃O⁺) formés à l’état final est exactement égale à xf : n(H₃O⁺) = xf.
4. Par définition, la concentration finale est [H₃O⁺] = n(H₃O⁺) / V = xf / V.
5. En utilisant la formule du cours, on sait que [H₃O⁺] = 10^(-pH). Vous pouvez donc isoler l’avancement final : xf = 10^(-pH) × V.

Cette démonstration, bien que simple, demande une rédaction claire et structurée que les professeurs de 2bac sciences physique exigent dans les copies.

3. Le calcul et l’interprétation du taux d’avancement final (τ)

Une fois xmax et xf déterminés, la question suivante exige logiquement le calcul du taux d’avancement final :

τ = xf / xmax

En reprenant les expressions précédentes, on peut écrire la formule directe souvent demandée dans les QCM ou les démonstrations de 2bac sciences maths :

τ = (10^(-pH) × V) / (C × V) = 10^(-pH) / C

Attention à l’unité de la concentration ! Pour que le calcul soit cohérent, la concentration C doit impérativement être exprimée en mol/L (mol.L⁻¹), puisque la formule 10^(-pH) donne directement un résultat en mol/L.

Interprétation finale : Si votre calcul donne un résultat comme τ = 0,04 (soit 4%), vous devez conclure par la phrase : “Puisque τ < 1, la réaction chimique entre l'acide et l'eau n'est pas totale, elle est limitée, et aboutit à un état d'équilibre".

Téléchargez les séries d’exercices ci-dessus, munissez-vous de votre calculatrice scientifique (attention aux puissances de 10) et refaites ces démonstrations jusqu’à ce qu’elles deviennent un automatisme absolu pour vous.