Par Dr. Dejene Ayele TESSEMAAfrican Virtual universityUniversit Virtuelle AfricaineUniversidade Virtual AfricanaChimie gnrale II Introduction

Universit Virtuelle Africaine 1NOTECe document est publi sous une licence Creative Commons. http://en.wikipedia.org/wiki/Creative_Commons Attribution http://creativecommons.org/licenses/by/2.5/ License (abrviation cc-by ), Version 2.5.Universit Virtuelle Africaine 2I. Introduction la chimie gnrale II ____________________________3II. Prrequis / connaissances pralables ncessaires_________________3III. Volume horaire / temps ______________________________________3IV. Matriel didactique _________________________________________3V. Justification / importance du module___________________________4VI.Contenu__________________________________________________46.1 Contour / Grandes lignes_________________________________46.2 Reprsentation graphique _________________________________6VII. Objectifs gnraux_________________________________________6VIII.Objectifs spcifiques aux activits dapprentissage _________________6IX. Premire pr-valuation_____________________________________89.1 Justification / but de ce pr-test ____________________________89.2 Corrig______________________________________________11X. Concepts cls (glossaire)___________________________________12XI. Lectures obligatoires _______________________________________14XII. Ressources obligatoires ____________________________________16XIII.Liens utiles ______________________________________________17XIV.Activits denseignement et dapprentissage _____________________22XV. Synthse du module ______________________________________104XIV.valuation sommative _____________________________________105XVII. Rfrences bibliographiques ________________________________110XVIII. Notes pour lvaluation de ltudiant _________________________111XIX.Auteur du module ________________________________________112XX. Fichiers daccompagnement _________________________________113 TABlf DfS MATlfRfSUniversit Virtuelle Africaine 3l. lntroduction a Ia chimic gnraIc llPar Docteur Dejene Ayele Tessema, Universit Jimma, thiopiell. Prrcquis / connaissanccs praIabIcsnccssaircsIntroduction la chimie gnrale IUnit I : Vitesses de raction chimique et quilibre Unit II : Les solutions et leurs propritsUnit III : L'nergie et les ractions chimiquesUnit IV : Introduction la chimie organiquelll. VoIumc horairc 120 heures (20 heures de plus)Unit 1 : Vitesses de raction chimique et quilibre (30 heures)Unit 2 : Proprits physiques des solutions (30 heures)Unit 3 : L'nergie et les ractions chimiques (25 heures)Unit 4 : Introduction la chimie organique (15 heures)lV. MatricI didactiqucOutils et ressources Vous avez besoin des outils et des ressources suivantes pour complter ce mo-dule : - Ordinateur, CD-roms et bibliothque virtuelle (e-library).Pour accder au matriel pertinent de ce module et aux examens - InternetPour accder au module et au matriel suggr Pour les discussions interactives et les sessions de clavardage- Manuel recommand et matriel de rfrencePour vous soutenir dans vos apprentissages et enrichir votre comprhension des sujets traits dans ce moduleUniversit Virtuelle Africaine 4V. ]ustication / lmportancc du moduIcCemoduleestlasecondepartieducoursdechimiegnraledestinauxtu-diants en premire anne universitaire. Dans la premire partie du cours, intitul Chimie gnrale, module 1, nous avons examin les concepts lis la matire et aux mesures ainsi qu' la structure de l'atome et la priodicit. Dans ce mo-dule, nous observerons plus attentivement les ractions chimiques et les lois de l'nergie qui les gouvernent. La plupart des ractions chimiques et presque tous les processus biologiques ne se produisent pas entre les solides ou les gaz purs, mais plutt entre les molcu-les et les ions dissous dans l'eau ou dans d'autres solvants (c'est--dire dans des solutions). Dans ce module, nous examinerons donc les divers types de solutions ainsi que leurs proprits et nous discuterons propos de quelques aspects intro-ductifs la chimie organique.Vl. ContcnuCe module donnera les grandes lignes de plusieurs concepts de base en chimie gnrale. En effet, la chimie sintresse en partie.aux ractions chimiques et aux variations dnergie qui les accompagnent . Ce module portera sur les vitesses de reaction chimiqueet sur les Iacteurs qui infuencent ces vitesses. De plus, nous prsenterons les types et les proprits des solutions en Mettant laccent sur le rle des forces intramolculaires dans la solubilit. Nous aborderons aussi les units de concentration. Enfn, le module donnera un breI aperusur les diIIerentes classes de composs organiques, leur nomenclature ainsi que les groupements fonctionnels.6.1 Grandes lignesUnit 1 : Vitesses de raction chimique et quilibre (30 heures)Vitesses de raction et quilibre (15 heures)- La vitesse d'une raction- Les facteurs qui affectent les vitesses de raction- La vitesse de raction en fonction de la concentration : l'ordre d'une rac-tion- Dtermination de l'ordre d'une ractionUniversit Virtuelle Africaine 5quilibre chimique (15 heures)- Ractions rversibles- Loi de l'quilibre chimique- quilibres htrognes- Facteurs affectant l'quilibre chimique (Principe de Le Chatelier)Unit 2 : Proprits physiques des solutions (30 heures)Solutions- Types de solutions et processus de dissolution - Chaleurs des solutions- Solubilit- Effet de la temprature sur la solubilit- Effets de la pression sur la solubilit- Units de concentration- Comparaison d'units de concentration- Proprits colligatives des solutionsUnit 3 : L'nergie et les ractions chimiques (25 heures)nergie et ractions chimiques- Variations d'nergie-Enthalpie- Variation d'enthalpie dans les ractions chimiques- Reprsentation des ractions exothermiques et endothermiques- Stchiomtrie et ractions thermochimiquesUnit 4 : Introduction la chimie organique (15 heures)- Alcanes, alcnes, alcynes - Nomenclature UICPA des composs organiques simples- Groupements fonctionnelsUniversit Virtuelle Africaine 66.2 Reprsentation graphique Vll. Objcctifs gnrauxL'objectif gnral de ce module est de familiariser les tudiants avec les concepts etlesprincipesfondamentauxassocisauxractionschimiques,notamment lesvitessesdereaction,laIaond'etudierlesreactionschimiquesetaussi,en particulier, les facteurs (incluant les facteurs nergtiques) qui affectent les dif-frentes vitesses de ractions. Ce module va explorer les proprits physiques des solutions, les forces intermolculaires qui affectent la solubilit ainsi que les units de concentration. Une introduction la chimie du carbone fait aussi partie de ce module. Elle fournira aux tudiants les bases sur lesquelles s'appuieront ultrieurement des travaux plus avancs de chimie organique.Vlll. Objcctifs spciqucs aux activitsd'apprcntissagcUnit I : Vitesses de raction chimique et quilibreA la fn de cette unite, l'etudiant doit tre capable de :- crire et interprter une loi de vitesse - Citer et expliquer les facteurs qui dterminent les vitesses de ractions- Distinguer les ractions rversibles de celles qui sont irrversibles- Utiliser le principe de Le Chatelier pour dterminer le sens de dplacement dun quilibre chimique - Calculer les constantes d'quilibre et les concentrations Universit Virtuelle Africaine 7Unit II : Les solutions et leurs propritsA la fn de cette activite d'apprentissage, l'etudiant doit tre en mesure de :- Dcrire les diffrents types de solutions- Defnir les types d'unites de concentration - Calculer les concentrations des solutions en utilisant diverses units- Defnir la solubilite et decrire quels sont les eIIets de la temperature et de la pression sur la solubilit- Dcrire les proprits colligatives des solutions lectrolytiques et non-lec-trolytiquesUnit III : L'nergie et les ractions chimiquesA la fn de cette activite d'apprentissage l'etudiant doit tre capable de :- noncer et expliquer la loi de conservation de l'nergie - Expliquer les variations d'nergie pendant une raction chimique et tracer des diagrammes illustrant le transfert d'nergie entre un systme et le milieu ambiant- Dessiner des profls energetiques pour les reactions exothermiques et en-dothermiques- Faire des calculs stchiomtriques pour les ractions thermochimiquesUnit IV : Introduction la chimie organiqueA la fn de cette activite d'apprentissage, l'etudiant doit tre en mesure de :- Dcrire la classe des composs organiques connus sous le nom des hydro-carbures- crire des formules dveloppes et isomres de composs organiques- Nommer diffrentes classes de composs organiques en utilisant la nomen-clature UICPA- Distinguer les composs en se basant sur leurs groupements fonctionnelsUniversit Virtuelle Africaine 8lX. Prcmicrc pr-vaIuationTitre de la Pr-valuation : Un pr-test pour la chimie gnrale 29.1Justification / but de ce pr-testCe test a pour but de mesurer vos connaissances pralables en chimie. Ces connais-sances sont necessaires pour pouvoir completer eIfcacement vos apprentissages tout au long de ce module.QUESTIONS1.Lorsquedescomposs ou des lments purssont mlangs dans n'importe quelle proportion, le produit obtenu sera...a)un mlangeb)un compos chimique pur c)un lment d) une substance 2. Un mlange homogne ressemble un mlange htrogne puisque...a) les deux melanges ont une composition bien defnie b) les deux melanges n'ont pas une composition bien defnie c) les deux mlanges ont une composition uniforme.3. La combinaison chimique de trois atomes diffrents entraine la formation de a)un seul atome trs grand.b) un lment.c) une molcule.d) un compos.4.Quelle Proposition parmi les suivants est vrai en ce qui concerne la chaleur et la temprature?a) Les chantillons d'une mme substance a une mme temperature produisent la mme quantite de chaleur quelque soit leur masse.b) Deux echantillons de substances diIIerentes qui ont la mme masse et la mme temperature produisent la mme quantite de chaleur.c) Toutes les substances qui sont a la mme temperature produisent la mme quantit de chaleur.d)Silaquantitedechaleurproduitepardeuxsubstancesayantlamme masseestlamme,alorscessubstancesdoiventavoirlammechaleur massique.Universit Virtuelle Africaine 95. Laquelle des proprits suivantes des solutions est une proprit colligative?a) la viscosit b) la chaleur de la solution c) la pression osmotique d) la solubilit6. Dans les ractions rversibles...a) la concentration des produits et des ractifs sera gale lorsque la raction atteindra l'quilibre.b) la moiti de la concentration initiale des ractifs n'aura pas ragi lorsque l'quilibre sera atteint.c) les vitesses des reactions directe et inverse a l'equilibre seront les mmes. d) la vitesse de raction directe est plus petite que celle de la raction inverse avant l'quilibre et plus grande aprs l'quilibre.7.Le fait que la solubilit d'un certain sel dans l'eau augmente lorsque la tem-prature augmente implique que...a) le processus de dissolution est exothermique.b) le processus de dissolution est endothermique.c) l'nergie de la solution est plus basse que l'nergie des constituants de la solution avant qu'ils soient mlangs.d) le processus de dissolution nest ni endothermique ni exothermique.Rpondez aux questions 8 et 9 en vous basant sur lquation hypothtique 2A + 2B 2C + D, qui est exothermique dans le sens direct et dans laquelle tous les ractifs et tous les produits sont des gaz.8.Une hausse de pressiona) dplace l'quilibre vers la droite.b) dplace l'quilibre vers la gauche.c) fait diminuer la valeur de la constante Ke.d) n'aura aucun effet sur la position de l'quilibre.9. Une diminution de la temprature...a) dplace l'quilibre vers la gauche.b) dplace l'quilibre vers la droite.c) n'aura aucun effet sur la position de l'quilibre.d) entraine une diminution de la constante d'quilibre.Universit Virtuelle Africaine 1010. La chimie organique s'intresse la chimie des...a) composs carbons.b) hydrocarbures seulement. c) composs aliphatiques seulement. d) Atousleselementsdutableaudeclassifcationperiodiqueautrequele carbone.11. Donnez le nom UICPA pour le compos CH3-CH2-CH2-CH-CH3.|CH3 a) 2-methylbutane.b) 2-methylpentane.c) 2-methylhexane.d) 4-methylpentane.12. La formule dveloppe pour le 2-methylbutane est a) CH3-CH2-CH2-CH-CH2CH3 b) CH3-CH2-CH2-CH-CH3 | |CH3CH3 c) CH3-CH-CH3d) CH3-CH-CH2-CH3||CH3 CH3 13. Quel compos parmi les suivants contient un groupement fonctionnel dal-cool?a) CH3-CO-CH3b) CH3-CH2-OHc) CH3CH2CHOd) CH3-O-CH314. Les hydrocarbures sont des composs faits de...a) hydrogne, oxygne, azote et carbone.b) hydrogne, oxygne et carbone.c) hydrogne et carbone seulement.d) hydrogne, carbone, soufre, oxygne et azote.Universit Virtuelle Africaine 1115. Les hydrocarbures qui contiennent une double liaison dans leur structure sont connus comme tant...a) des alcanes.b) des alcynes.c) des cycloalcanes.d) des alcnes.16. Les alcanes ont gnralement la formule...a) CnH2n+1 b) CnH2n c) CnH2n-2d) CnH2n+217. Quelle est la molarit d'une solution obtenue en dissolvant 20,0 g de NaOH dansunequantitesuIfsanted'eauetreajusteedetellesortequelevolume occup par cette solution soit 482 cm3 ?a) 1,04 M b) 0,5 M c) 2,04 M d) 0,25 M18. La molarit dune solution H2SO4 0,15 N esta) 3,0 M b) 0,075 M c) 0,3 M d) 0,25 M19. La vitesse d'une reaction chimique peut tre infuencee par...a) la concentration des ractifs.b) la nature physique des ractifs.c) la prsence d'un catalyseur. d) toutes ces rponses sont bonnes.20. Un changement de pression aura un eIIet signifcatiI sur la solubilite de quel type de solution?a) solide-liquide.b) gaz-gaz.c) liquide-liquide.d) solide-solide.9.2 Corrig1. a2. b3. c4. d5. c6. c7. b8. a9. b10. a11. b12. d13. b14. c15. d16. d17. a18. b19. d20. bUniversit Virtuelle Africaine 12X. Conccpts cIs (gIossairc)1. nergie d'activation : La quantit minimale d'nergie requise pour initier une raction chimique.2. Alcanes : Ce sont des hydrocarbures qui ont la formule gnrale CnH2n+2, o n = 1, 2,3.Alcnes :Cesontdeshydrocarburesquicontiennentunedoubleliaison carbone-carbone ou plus. Les alcnes ont la formule gnrale CnH2n, o n = 2, 3 ...4. Alcynes : Ce sont des hydrocarbures qui contiennent une triple liaison carbone-carbone ou plus. Les alcynes ont la formule gnrale CnH2n-2, o n = 2, 3 ...5. nergie de dissociation dune liaison : La variation denthalpie requise pour briserunecertaineliaisondansunemoledunemolculediatomiquega-zeuse.6. Cycle de Born-Haber : Il sagit du cycle qui lie les nergies rticulaires des composes ioniques aux energies d`ionisation, aux aIfnites electroniques, aux chaleurs de sublimation et de formation ainsi quaux nergies de dissociation des liaisons.7. nergiechimique:nergieemmagasinedanslesunitsstructuralesdes substances chimiques.8. quilibre chimique : Un tat chimique dans lequel aucun changement net ne peut tre observe.9. Proprits colligatives : Proprits des solutions qui dpendent du nombre de particules de solut dans une solution et non de la nature de ces particules.10. Concentration dune solution : La quantit desolut prsente par unit de volume dune solution.11. 11. quilibre dynamique : Un quilibre dans lequel la raction se produisant dans les sens direct et inverse se Iont exactement a la mme vitesse .12. Processus endothermique : Un processus dans lequel la raction absorbe de la chaleur de lextrieur.13. Enthalpie : Une grandeur thermodynamique utilise pour dcrire les variations de quantit de chaleur se produisant une pression constante.14. Processus exothermique : Un processus dans lequel la raction dgage de la chaleur vers lextrieur.15. Raction de premier ordre : Une raction o la vitesse est directement pro-portionnelle la concentration des ractifs.Universit Virtuelle Africaine 1316. Groupement fonctionnel : Partie dune molcule ayant un arrangement parti-culier datomes et qui est largement responsable du comportement chimique de la molcule parente.17. Chaleur de solution : Est defnie comme etant la quantite d`energie qui est absorbe ou dgage lorsque la solution est prpare.18. Mlange htrogne : Un mlange dans lequel les constituants ne sont pas dans la mme phase.19. Mlange homogne : Un mlange dans lequel les constituants sont dans la mme phase.20. Hydrocarbures : Composs faits uniquement de carbone et dhydrogne.21. Principe de le Chatelier : Un principe selon lequel un systme lquilibre reagira de Iaon a s`opposer, en partie, aux modifcations qui lui sont im-poses. 22. Constante de vitesse : constante de proportionnalit entre la vitesse de raction et la concentration des ractifs.23. Loi de vitesse : Une expression qui relie la vitesse de raction la constante de vitesse et la concentration des ractifs.24. Vitessederaction:Lavariationdelaconcentrationdunractifoudun produit par unit de temps.25.Ractionrversible:Ractionquipeutseproduirelafoisdanslessens direct et inverse.Universit Virtuelle Africaine 14Xl. lccturcs obIigatoircsLecture # 1Rfrencecomplte:ChemicalThermodynamics:FromWikipedia,the free encyclopediahttp://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_thermodynamicsDescription : Ce site internet fournit une brve discussion sur la thermodynamique chimique.. Il explore les ractions chimiques et les variations denthalpie qui les accompagnent. Le premier principe de la thermodynamique, une expression de la loi universelle de conservation de lnergie, est expliqu dans cet article.1ustication : Cet article est trs important puisquil vous aidera tudier les concepts relatifs aux variations dnergie associes aux ractions chimiquesLecture # 2 Rfrencecomplte:Solutions: Apartirde Wikipedia,l'encyclopdieli-brehttp://en.wikipedia.org/wiki/Solutions Description : Cet article aborde la plupart des concepts fondamentaux propos des solutions. Notamment la diffrence entresolutions et mlanges htrognes, les forces intermolculaires, qui retiennent les molcules ensemble, et explique la solvatation. Il prsente les types de solutions, les effets de la temprature et de la pression sur la solubilit ainsi que les diverses units de concentration. Les proprits colligatives des solutions sont brivement expliques. Cet article offre aussi des liens vers dautres rfrences.1ustication : Cet article vous fournira les bases qui vous aideront dans vos pro-chaines lectures sur les solutions. Vous y trouverez des liens utiles vers les concepts qui ne sont pas dtaills dans cet article. Par consquent, cet article est utile pour tudier les sujets qui seront discuts dans lunit propos des solutions.Universit Virtuelle Africaine 15Lecture # 3Rfrence complte : Reaction Rate : partir de Wikipedia, l'encyclopdie librehttp://en.wikipedia.org/wiki/Reaction_rateChemical Equilibrium: http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_equilibriumDescription : Le premier article, propos de la vitesse de raction, fournit des informations importantes sur ce sujet en mettant laccent sur lquation de vitesse ainsi que sur les Iacteurs qui infuencent la vitesse de reaction tels que la concen-tration, la nature des ractifs, la pression et la prsence dun catalyseur.Le deuxime article, propos de lquilibre chimique, se concentre sur les condi-tions dquilibre des ractions rversibles. Il explique les diffrences entre les reactions reversibles et irreversibles et defnit les conditions d`equilibre chimique en se basant sur le principe de Le Chatelier.1ustication : Ces deux liens vous serviront denrichissement pour lunit Vi-tesses de raction chimique et quilibre. Ces articles fournissent des exemples pratiques qui vont renforcer vos connaissances conceptuelles et vos habilets en calcul dans chacun des sujets traits.Universit Virtuelle Africaine 16Xll. Rcssourccs obIigatoircsRessource # 1Rfrence complte : CD daccompagnement pour ce moduleDocuments PDF :1. 6-Naming&Isomerism2. 10-CarbonylFunGroups3. 59-MeasRxnRates4. 60-StudyingRxnRates5. 71-RecognizingEquilibrium6. SolutionsDescription : Les documents ci-dessus contiennent des lectures qui seront des ressources supplmentaires pour les tudiants.1ustication : Ce matriel fournit des explications sur les concepts traits dans les units suivantes : Vitesses de raction chimique et quilibre, Les solutions et leurs proprits, nergie et ractions chimiques et Introduction la chimie organique. Les tudiants devraient faire les exercices inclus.Ressource # 2Rfrence complte : MPEG le cdlab1 in accompanying CDDescription:Cetteressourcemultimdiaaideralestudiantssefaireune meilleureideduconceptdquilibrechimique,cequileurserautilepourle module Vitesses de raction chimique et quilibre.1ustication : Cette ressource multimdia contient une bonne dmonstration de lquilibre qui se produit dans un systme chromate-dichromate.Universit Virtuelle Africaine 17Xlll. licns utiIcsLien utile # 1Titre : The Catalyst: Chemistry Resources For TeachersURL : http://www.thecatalyst.orgDescription : [Traduction] Bienvenue a The Catalyst! Ce site a ete conu expres pour les enseignants du secondaire. Ce site vise leur fournir une ressource pour la recherche dinformation pertinente pour lenseignement de la chimie et ldu-cation alternative. De plus, les tudiants et les autres visiteurs intresss par la chimie vont trouver chez Le Catalyst des ressources prcieuses qui conviendront a ce qu`ils recherchent : ces personnes sont aussi encouragees a profter de ce site web. Le site est mis jour rgulirement... revenez-nous voir souvent. Merci de votre visite!1ustication:Lestudiantssontencouragsvisitercesitewebpuisquil contient des lectures qui sont utiles pour consolider les connaissances propos de l`equilibre chimique, des vitesses de reaction et des Iacteurs qui infuencent les vitesses de raction. Ce site explique clairement les processus exothermiques et endothermiques dans les ractions.Lien utile # 2Titre : Science Resource CenterURL : http://chem.lapeer.orgDescription : Ce site web permet aux enseignants de sciences de partager leurs ides. Ce site contient des laboratoires, des dmonstrations et dautres informations importantes auxquelles les enseignants ont accs. Lutilisation et la reproduction de tout matriel prsent sur ce site est permise, mais la vente de ce matriel est interdite.1ustication : Ce lien est utile puisquil fournit des notes dtudes, des exemples et des exercices propos des solutions, de la cintique et de la chimie organique. Les tests prsents sont accompagns de leurs corrigs. Les tudiants devraient essayer de faire ces tests pour mesurer leur niveau actuel dhabilets.Universit Virtuelle Africaine 18Lien utile # 3Titre : Chemistry Teaching Web SitesURL : http://chem.lapeer.org/Description : Ce site approfondit les concepts suivants : vitesse de raction et quilibre, proprits dessolutions, introduction la chimie organique. Cesite fournit aussi des exemples sur chacun des sujets discuts. Ce site constitue donc un bon matriel de rfrence sur les sujets de ce module. De plus, ce site web aide les tudiants trouver des liens utiles en guise de rfrences complmentaires.1ustication : En tant que cyber apprenant, vous n`tes pas en mesure d`acceder au laboratoire pour la plupart des experiences qui devraient tre pratiques. Ce site est essentiel puisquil vous fournit des dmonstrations et des recherches en laboratoire (quelques unes parmi celles-ci sont ralisables la maison en suivant la marche suivre prsente). Tous les sujets faisant partie de ce module sont discuts sur ce site. Chacune des dmonstrations et des recherches en laboratoire est accompagne dobjectifs clairement explicits, dune brve discussion, dune marche a suivre et de questions qui sont conues pour verifer votre comprehen-sion du sujet. Le site inclut aussi des exercices portant sur les points importants abords ainsi quelesrponses de ces exercices quivous offrent une rtroaction survosap-prentissages.Lien utile # 4Titre : Chemestry Portfolio - Teaching and LearningURL: http://www.csus.edu/portfolio/prog/chem/Teach.stmDescription : En tant que futurs enseignants, il est ncessaire que vous preniez connaissance de tout ce quil faut pour bien enseigner dans notre monde moderne, soit une planifcation de cours adequate, un bon pilotage des activites d`appren-tissageainsiquedesvaluationscorrectes.Cesitefournitdesinformations importantes sur la Iaon d`etablir des objectiIs d`apprentissage pour les eleves. Vous apprendrez comment fxer des attentes envers les eleves ainsi que comment concevoir des cours. Vous y trouverez de linformation expliquant comment garder vos connaissances pertinentes a jour et des refexions sur l`enseignement dans le but damliorer lapprentissage des lves.1ustication : Ces pages web vous permettront daccder de linformation proposdesplansdvaluation.Vousapprendrezcommentgrerlinformation Iournieparcesevaluations.EntantqueIutursenseignants,vousdevrieztre en mesure dtablir quel niveau de connaissances vous attendez de vos lves, quelles sont les mthodes que vous utiliserez pour valuer vos lves, etc. Des exemples de travaux dlves sont inclus sur le site. Ces exemples vous aideront concevoir des activits pour vos futurs lves.Universit Virtuelle Africaine 19Lien utile # 5Titre : Introduction to ChemistryURL: http://library.thinkquest.orgDescription : Ce site approfondit tous les sujets qui seront traits dans lintro-duction la chimie faisant partie de la premire anne du cours de chimie. Ce site fournit un parcours dapprentissage suggr, mais vous pouvez aussi choisir le sujet qui vous intresse.1ustication : Ce site web fournit des lectures pertinentes et des exercices pro-pos des sujets traits dans ce module. Vous trouverez aussi des liens vers dautres sites web, tels que Chempire et The Chem Files. Ces derniers vous donneront des informations dtailles sur : la chimie organique de base, les solutions et les unitsdeconcentration,lquilibrechimiqueetlacintiquechimique.Lesite est convivial et les sujets sont regroups par chapitres qui fournissent des infor-mations plus dtailles. Chaque section contient un glossaire des termes utiliss ainsi quun quiz qui vous permet de mettre en pratique vos connaissances.Lien utile # 6Titre : SolutionsURL: http://en.wikipedia.org/wiki/SolutionDescription : Ce site web fournit une description brve mais utile propos des solutions.Onydefnitdestermestelsquesolute,solvant,solvatation, solution sature, solution non sature, solution sursature, solubilit. Les diffrentes sortes de solution et les conditions qui affectent la solubilit sont aussiexpliques.Lesiteabordeaussileconceptsous-jacentauprocessusde solubilisation en tenant compte de la polarit solut-solvant.1ustication : Ce site web fournit des lectures intressantes sur les solutions. En plus de contenir des discussions concises et utiles, il offre aussi des liens vers dautres sites web qui approfondissent les concepts traits. Vous y trouverez les liens suivants : http://en.wikipedia.org/wiki/Concentration,http://en.wikipedia.org/wiki/Solubility,http://en.wikipedia.org/wiki/Solvent,Ces sites sont trs importants pour ltude des concepts majeurs de lunit II : Les solutions et leurs proprits.Universit Virtuelle Africaine 20Lien utile # 7Titre : Chemical KineticsURL: http://en.wikipedia.org/wiki/Chemical_kineticsDescription : Ce site approfondit tous les sujets qui seront traits dans lintro-duction la chimie faisant partie de la premire anne du cours de chimie. Ce site fournit un parcours dapprentissage suggr, mais vous pouvez aussi choisir le sujet qui vous intresse.1ustication:Cesitecontientdexcellentstextesquivontaiderltudiant travaillerlechapitreLnergieetlesractionschimiques.Deplus,cesite Iournit des quiz d`exploration et de verifcation des connaissances qui vont aider ltudiant sauto-valuer.Lien utile # 8Titre : Chemistry @Davidson (Experiments and Exercises)URL: http://www.chm.davidson.edu/chemistryApplets/index.htmlDescription:Voustrouverezsurcesitedesexpriencesetdesexercicesqui touchent tous les sujets discuts dans ce module. Ce site convivial prsente une grande varit de sujets touchant la chimie gnrale. Vous pouvez facilement accder des expriences et des exercices pertinents pour ce module.1ustication : Ce site web Iournit des experiences et des exercices extrmement importants dans les diverses units de ce module. Chacune des expriences est prcde par une brve description du concept de base travaill au cours de lex-prience et dune description de lactivit. Toutes les expriences sont suivies par des exercices qui vous aident valuer votre propre niveau de comprhension des concepts.Lien utile # 9Titre : Chemistry: The Science in ContextURL: http://www.wwnorton.com/chemistry/concepts/ch16.htmDescription:Chemistry: TheScienceinContextestunmanueldelecture en ligne. Celui-ci contient des chapitres qui touchent la plupart des sujets en chimie gnrale. Chapter 5 - Solution Chemistry and the Hydrosphere, Chap-ter 11- Thermochemistry and the Quest for Energy, Chapter 13- Entropy and Free Energy and the Human Engine, Chapter 14 - Chemical Kinetics and Air Pollution, Chapter 16 - Equilibrium in the Aqueous Phase and Acid rain sont les chapitres les plus relis aux sujets qui seront vus au cours de ce module. Universit Virtuelle Africaine 211ustication : Les lectures fournies par ce site internet sont trs importantes et trs pertinentes pour ltude du contenu de ce module. Les tudiants peuvent avoir acces a du materiel pedagogique presente d`une Iaon claire. Ce materiel traite des concepts de base relatifs aux solutions, de lquilibre chimique et des variations dnergie qui accompagnent les ractions chimiques. Il est facile daccder des contenus bien organis dans ce site web : en effet, chacun des sous-sujets abords est suivi dchantillons de problmes, dexercices, de tutoriels et de quiz.Lien utile # 10Titre : Virtual Textbook of Organic ChemistryURL: http://www.cem.msu.edu/~reusch/VirtualText/intro1.htmDescription : Ce site servira de matriel de lecture pour lunit Introduction lachimieorganiquepuisquetouslesconceptstraitsdanscetteunitsont dtaills dans ce site web.1ustication : Ce site internet fournit des lectures pertinentes pour lunit In-troduction a la chimie organique. Ce site presente tres bien la classifcation et la nomenclature des hydrocarbures ainsi que les groupements fonctionnels et leurs proprits. Chacun des sujets est accompagn par des problmes pratiques qui aident ltudiant auto-valuer sa comprhension des concepts. Le site contient aussi des liens vers de belles collections de problmes et de rponses.Universit Virtuelle Africaine 22XlV. Activits d'cnscigncmcnt ct d'apprcntissagcActivit 1Titre de lactivit dapprentissage : Vitesse de raction et quilibreObjectifs denseignement et dapprentissage spcifiques cette activitA la fn de cette activite d`apprentissage, vous devriez tre en mesure de :- crire et interprter une loi de vitesse - Nommer et expliquer les Iacteurs qui infuencent les vitesses de reaction- Prdire comment les changements de certaines conditions vont affecter la vitesse de raction- Prdire le comportement dun systme aprs quil ait atteint lquilibre- UtiliserleprincipedeLeChatelierpourdterminerlesdplacements d'quilibre- Effectuer des calculs en utilisant les valeurs des constantes dquilibreRsum de lactivit dapprentissage Cette activit dapprentissage fait partie de la premire unit de ce module. Les sujetsabordsdanscetteunitincluentlesvitessesderaction,lordredune reaction, les Iacteurs qui infuencent les vitesses de reaction et l`equilibre chimi-que. Les exemples donnes a la fn de chaque sujet vous montreront clairement une mthodologie gnrale que vous pourrez appliquer. Cette mthodologie vous aidera mettre en place vos habilets de conception et de rsolution de problme de type quantitatif. Vous devrez effectuer des exercices au cours de vos lectures varies.Liste de lectures pertinentes 1. Ralph H. Petrucci and Williams S. Haward; General Chemistry, 7thEdition, Prentice Hall International Inc., U.S.A, 19972. Raymond Chang, Chemistry, 4th Edition. McGraw-Hill Inc., New York,1991, Oxford University Press, 20023. Raymond Chang, Chemistry 8th Edition, McGraw-Hill, New York, 20054. Solutions in http://chemmovies.unl.edu/ChemAnime/index.htm5.MartinS.Silberberg;Chemistry;TheMolecularNatureofMatterand-Change, 2nd Edition; McGraw Hill; U.S.A., 2000Universit Virtuelle Africaine 23Liste de ressources pertinentes :- Ordinateur avec accs internet qui vous permettra de consulter les liens et les ressources libres de droits dauteurs- CD-Romdaccompagnementdecemodulequivousservirafairevos lectures obligatoires et consulter les dmonstrations- Ressources multimdia comme magntoscope, lecteurs de VCD et de CDListe de liens utiles :In Textbook Revolution: Taking the Bite out of Books at http://textbookrevolu-tion.org/chemistry/chemistry-1st-ed1.A Free High School Texts: A text Book for High School Students Studying Chemistry, FHSST Authers, June 12/2005 (Chapter 14, Reaction rates).2.UnderstandingChemistry,byJimClark(Chapteronphysicalchemistry covers rates of reactions, and chemical equilibria).3.ScienceWorld,byEricWeisstein(Chapteronchemicalreactionscovers reaction energy, reaction pathways and reaction properties)Dans les liens donns ci-dessous, vous trouverez des discussions sur les vitesses de reaction et l`equilibre. Vous devez essayer de Iaire les examens afn de verifer jusqu quel point vous saisissez les concepts qui sont abords dans cette unit ainsi que dvaluer votre habilet rsoudre des problmes. Aprs avoir rpondu toutes les questions, vous devez corriger vos rponses laide du corrig fourni. En procedant de cette Iaon, vous pourrez identifer les concepts que vous n`avez pas bien compris et quil vous faudra retravailler.1. http://chem.lapeer.org/Chem2Docs/Rate.Eq.html2. http://chem.lapeer.org/Exams/KineticsEquilT1.pdf3. http://chem.lapeer.org/Exams/KineticsEquil.pdfUniversit Virtuelle Africaine 24Description dtaille de lactivit : Vitesse de raction et quilibreLa vitesse de ractionAu cours de votre premier module de chimie gnrale (Introduction la chimie gnrale 1), vous avez appris quune quation chimique quilibre est une repr-sentation qui donne, dune part, les quantits relatives des ractifs et des produits et d'autre part les formules et les nombres de particules qui constituent le systme initial et fnal. Une equation chimique equilibree telle qu`elle est ecrite habituelle-ment fournit de linformation prcieuse sur les masses ou les volumes (ce dernier cas sapplique lorsquil sagit de gaz). Lquation chimique quilibre est donc un outil quantitatif essentiel pour calculer les rendements en produits partir de la quantit de ractifs. Cependant, une quation chimique quilibre ne fournit pas dinformation sur la vitesse laquelle les transformations chimiques se produiront ou quelles variations dnergie sont associes avec les interactions molculaires dans une raction chimique donne. Or, la vitesse de raction chimique est un facteur dterminant pour savoir comment la raction affectera son environnement. Par consquent, pour bien comprendre une raction chimique, il faut connatre sa vitesse ainsi que les variations dnergie associes aux interactions molculaires pendant la raction.Aucoursdecetteunit,nousrpondronsauxquestionssuivantes:quelle vitesse se produit une raction? Quelles conditions ou facteurs provoquent des variations de vitesse? Quelles sont les variations dnergie associes aux interac-tions molculaires dans une certaine raction chimique? Nous nous concentrerons principalement sur : la vitesse de raction; les changements, tape par tape, que subissentlesractifslorsquilssetransformentenproduitsdanslesractions rversiblesetirrversibles;lesconditionsdatteintedelquilibrechimique; lapplication du principe de Le Chatelier la vitesse de raction.Pour commencer, nous allons defnir la vitesse de reaction et nous allons par la suite voir les formules mathmatiques des vitesses de raction.Leconceptdevitessesappliqueplusieursphnomnesquifontpartiede notreviequotidienne.Parexemple,ladistanceparcourueparuncoureurpar unit de temps est la vitesse de course de cet athlte. Le nombre de morceaux de savon qui sont produits pendant un certain temps est la vitesse de production des morceauxde savons, etc. Nous appliquons des principes semblables dans les ractions chimiques. Cette fois-ci, lorsque des produits sont forms, les ractifs s`epuisent.Donc,lavitessedereactionchimiquepeuttredefniecommela variation de la concentration dun ractif (ou dun produit) par unit de temps. La branche des sciences qui se concentre sur les vitesses de raction chimique sappelle cintique chimique.Universit Virtuelle Africaine 25Soit la raction hypothtique suivante entre les ractifs A et B qui forment les produits C et D :aA + bB = cC + dD 1.1(ou a, b, c et d sont les coeIfcients stochiometriques de A, B, C et D respecti-vement)La vitesse de raction est alors la vitesse laquelle A ou B se consomment ou, inversement, la vitesse laquelle C et D sont forms. Mathmatiquement, ceci est not par la formule suivante :Vitesse moyenne =-1A|A| = - 1 A|B|= 1 A|C| = 1 A|D| .1.2aAtbAtcAtdAt O : correspond la variation, t au temps et les crochets correspondent la concentration molaire.Puisque la norme veut que l`on defnisse les vitesses comme des quantites posi-tives et que les changements dans la concentration des ractifs sont ngatifs, les valeurs A|A| et A|B| sont precedees d`un signe moins afn que le resultat fnal soit positif.Les units de la vitesse sont habituellement Ms-1 = mol L-1 s-1puisque les concen-trationssonthabituellementexprimesenmolaritsetletemps,ensecondes. Parfois, dautres units telles que mol s-1 sont utilises.La plupart des ractions que nous voyons ou que nous sommes susceptibles de rencontrer en laboratoire sont des ractions rapides qui ne durent que quelques secondes ou quelques minutes. Lintervalle requis pour un changement chimique ou une raction est appel le temps de raction. Chaque raction a un temps de raction et celui-ci varie dune raction lautre. Puisquil faut du temps pour quune certaine quantit de substance ragisse, la raction a donc une vitesse de raction. Les vitesses de raction ne sont habituel-lement pas constantes pour un temps de raction donn. vrai dire, la vitesse de raction chimique est une mesure prcise et quantitative qui est dtermine par lexprimentation. Cest pourquoi nous avons deux sortes de vitesses de raction, soit la vitesse moyenne et la vitesse instantane. Dune part, la vitesse moyenne dune raction est la variation moyenne de la concentration dun ractif ou dun produit par unit de temps, et ce, pendant un intervalle de temps donn. Dautre part,lavitesseinstantaneduneractionestlavitessedecetteractionun point prcis dans le temps.Universit Virtuelle Africaine 26Lesprochainespartiesdecetteunitseconcentrerontsurlesfacteursquiin-fuencentlesvitessesdereactionetlaIaondontcesIacteursexercentleur infuence.Vitesse de raction et nergie dactivationLes molcules impliques dans une raction chimique ont toujours besoin dat-teindre un certain seuil minimum dnergie pour que la raction chimique puisse dbuter et que les produits commencent se former. Cette nergie est nomme nergie dactivation (Ea).Souvent, on compare la raction chimique au fait de pousser une grosse pierre en montant une colline. Au dbut la pierre est d'un ct de la col-line tout comme les ractifs au dbut de la raction. Lnergie ncessaire pourpoussercettegrosserocheausommetdelacollineestcomme lnergiedactivation.Lesproduitssontltatdanslequellagrosse pierre est lorsquelle tombe au bas de lautre versant de la colline.Cependant, tant donn que lnergie dune substance nest pas rpartie uniform-ment entre ses molecules, certaines de ces molecules peuvent avoir suIfsamment dnergie pour ragir alors que dautres nen ont pas assez. Pour quune raction chimique ait une vitesse notable, il devrait y avoir un nombre remarquable de molculesquipossdentunenergiegaleousuprieurelnergiedactiva-tion ncessaire pour que la raction se produise. Si lnergie dactivation dune raction donne est basse, une plus grande proportion de molcules implique dans la raction attendra le seuil requis pour pouvoir ragir; par consquent, la raction sera rapide.Les molcules ractives qui possdent une nergie gale ou suprieure lnergie dactivation subiront la raction chimique et pourront former un produit interm-diaire dont lnergie chimique sera plus leve que lnergie combine des ractifs. On appelle ce produit intermediaire complexe active. Les produits fnaux se formeront partir du complexe activ. Lnergie chimique combine des produits fnaux sera plus petite que celle des reactiIs lorsque la reaction est exothermique; al`oppose,l`energiechimiquecombineedesproduitsfnauxseraplusgrande que celle des ractifs lorsque la raction est endothermique. Ces conditions sont illustres dans les graphiques dnergie prsents ci-dessous.L`energie d`activation est indiquee par la feche rouge dans cette illustration (fgure 1.3). Il sagit de la diffrence entre lnergie du complexe activ au sommet de la colline et lnergie des ractifs.Universit Virtuelle Africaine 27Figure 1.3 Diagramme illustrant lnergie dactivationLe diagramme d`energie de la fgure 1.4 illustre le profl energetique pour une reaction exothermique. La feche verticale de couleur verte montre la chaleur de raction. Cette chaleur est la diffrence dnergie entre les produits et les rac-tifs. Dans ce graphique dnergie pour une raction exothermique, lnergie des produits fnaux est plus basse que celle des reactiIs sur l`axe des x.Figure 1.4 Diagramme dnergie pour une raction exothermiqueLe diagramme d`energie de la fgure 1.5 illustre le profl energetique pour une reactionendothermique.LafecheverticalerougeIonceindiquelachaleurde raction. Pour une raction endothermique, lnergie des produits est plus leve que celle des ractifs sur laxe des x.Universit Virtuelle Africaine 28Figure 1.5 Diagramme dnergie pour une raction endothermiqueFacteurs influenant les vitesses de ractionAu dbut de cette unit, nous avions indiqu que les diverses ractions ou trans-formations qui se passent dans la nature ou ailleurs se produisent des vitesses qui varient selon les conditions. Pourquoi le temps ncessaire pour raliser ces transformationsvarie-t-ilainsi?Toutcommelavitesseducoureurdpendde plusieurs facteurs comme la temprature ambiante, la direction des vents, ltat de sante du coureur, etc., la vitesse d`une reaction chimique est infuencee par diffrents facteurs. En gnral, la vitesse laquelle une raction chimique donne se produit dpend dun certain nombre de facteurs que voici :(1) Concentrations des ractifsLaugmentation de la concentration des ractifs entrane une augmentation de la vitesse de la raction.Dans la section 1.2, vous avez appris que, pour quune raction ait une vitesse notable, il faut quun nombre remarquable de molcules ait une nergie gale ou suprieure lnergie dactivation. En augmentant la concentration, le nombre demolculesquipossdeleminimumdnergierequisepourquelaraction s'amorceaugmente et, de ce fait, la vitesse de raction augmente. Supposons qu chaque fois quil y a un million de particules, une seule particule a assez dnergie pour galer ou dpasser lnergie dactivation. Si nous avions 100 millions de particules, 100 particules parmi celles-ci ragiraient. Maintenant, si nous avions 200 millions de particules dans le mme volume, 200 particules parmi celles-ci ragiraient. La vitesse de raction double ici en doublant la concentration.Exemple : Zinc et acide chlorhydriqueAu laboratoire, les granules de zinc ragissent lentement avec de lacide chlorhy-drique dilu, mais beaucoup plus vite lorsque lacide est concentr.Universit Virtuelle Africaine 29Zn(s)+2HCl(aq)ZnCl2(aq)+H2(g)Universit Virtuelle Africaine (27)(2) Surface de contactDans les ractions entre les solides et les liquides, la surface de contact du solide infuencera la vitesse de reaction. Cette infuence est causee par le Iait que deux types de molcules peuvent se frapper ensemble seulement sur la surface o le solide et le liquide se rencontrent, cest--dire la surface du solide. Donc, plus la surface du solide est large, plus la raction se produit rapidement. Pourunemasseidentiquedesolide,lespetitesparticulesontuneplusgrande surface de contact que les grandes particules. Lexemple qui suit vous aidera visualiser ce concept plus facilement.Figure 1.6 Une image qui montre laugmentation de la surface de contact dune brique lorsquelle est brise en petits cubes.Considrons la brique mesurant 6 x 6 x 2 illustre ci-dessus. La surface de contact qui fait face au lecteur et la face oppose mesurent 2(6 x 6) = 72 cm2. Les quatre faces restantes auront une aire de 4(2 x 6) = 48 cm2. Par consquent, laire totale des surfaces exposes de la brique est de 48 + 72 = 120 cm2. Lorsque la brique est brisee en 9 petits cubes comme indique dans la fgure 1.6, chaque cube a une surface de contact de 6(2 x 2) = 24 cm2. Ainsi, laire totale de la surface de contact des 9 cubes est de 9 x 24 = 216 cm2. Cet exemple montre Universit Virtuelle Africaine 30clairement que la surface de contact expose dun corps va augmenter lorsquon le divise en parties plus petites. Donc, si la raction a lieu la surface de la subs-tance, augmenter la surface de contact devrait augmenter la quantit de substance pouvant reagir, ce qui augmentera par le Iait mme la vitesse de reaction.Il existe une Iaon simple de visualiser ce phenomene. Prenez une miche de pain et coupez-la en tranches. chaque fois que vous coupez une nouvelle tranche, vous obtenez une surface supplmentaire sur laquelle vous pouvez tendre du beurre et de la confture. Plus vous Iaites des tranches minces, plus vous obtenez de tranches. Donc, vous avez plus d`espace pour mettre du beurre et de la conf-ture. Ceci est la thorie du pain et du beurre.(3) La pressionLaugmentation de la pression dans une raction mettant en jeu des gaz augmente la vitesse de raction. Laugmentation de la pression dun gaz est exactement la mme chose que l`augmentation de la concentration d`un liquide. Si vous avez une certaine masse de gaz, la Iaon d`augmenter sa pression est de le comprimer dansunvolume pluspetit. Sivousavez lamme massedansunvolumeplus petit, sa concentration est plus grande. Ainsi, l`eIIet est le mme que l`eIIet de concentration.Exemple : Dans une manufacture dammoniac, par le procd Haber, la vitesse de raction entre lhydrogne et lazote est augmente par lutilisation dune trs haute pression.N2(g)+3H2(g)2NH3(g) chaleur (AH -92kJmol-1)En fait, on utilise les hautes pressions pour la principale raison que ces dernires permettent daugmenter le pourcentage dammoniac dans le mlange lquilibre, mais il y a aussi un eIIet benefque sur la vitesse de reaction.Le changement de la pression dune raction qui implique seulement des solides ou des liquides na aucun effet sur la vitesse de raction.(4) La tempratureIl a ete observe de maniere experimentale que, de Iaon generale, une augmen-tation de la temprature de 10oC double ou triple la vitesse de raction entre les molcules.Lnergie minimum ncessaire pour une raction, cest--dire lnergie dactiva-tion, demeure la mme lorsque la temperature augmente. Cependant, la chaleur absorbe par les particules augmente lnergie cintique des ces particules, ce qui fait quune plus grande proportion de molcules ractives possde maintenant lnergieminimale(lnergiedactivation)requisepourpouvoirragir.Donc, en augmentant la temprature, les niveaux dnergie des molcules impliques danslaractionvontaugmenteret,parconsquent,lavitessederactionva augmenter.Universit Virtuelle Africaine 31Si lon peut augmenter la vitesse de raction en augmentant la temprature, alors on peut diminuer la vitesse de raction en diminuant la temprature. Vous appli-quez ce principe chaque fois que vous mettez un aliment au rfrigrateur. Pour visualiser leffet dune temprature plus leve sur la vitesse de raction, vous pouvez laisser un produit laitier sur le comptoir pendant quelques jours et comparer son etat avec un produit laitier du mme ge qui a ete conserve au Irais.(5) Prsence ou absence dun catalyseurLescatalyseurssontdessubstancesquiaugmententlavitesseduneraction endiminuantlnergiedactivationncessairepourquelaractionpuissese produire. Un catalyseur nest ni dtruit ni chang pendant une raction, donc le catalyseur peut tre reutilise.Par exemple, dans des conditions ordinaires, H2 et O2ne se combinent pas. Cepen-dant, en prsence dune petite quantit de platine, qui agit comme un catalyseur, H2 et O2se combinent et une raction se produit rapidement.2H2+O2 2H2O(6) Nature des ractifsLes substances diffrent grandement pour ce qui est de la vitesse laquelle ils subissent des transformations chimiques. Par exemple, les molcules dhydrogne et de fuor reagissent explosivement, et ce, mme a la temperature de la piece. En se combinant, ces molecules produisent des molecules de fuorure d`hydrogene.H2 +F2 2HF (Trs rapide la temprature de la pice)Dans des conditions semblables, les molcules dhydrogne et doxygne ragis-sent si lentement quaucun changement chimique nest apparent.2H2 + O2 2H2O(Trs lent la temprature de la pice)LesdiIIerencesdereactiviteentrecesreactionspeuventtreattribueesaux structures diffrentes des atomes et des molcules des ractifs ( savoir, si les substances sont dans une solution ou ltat solide). Si une raction met en jeu deux espces de molcules qui possdent des atomes dj relis par une liaison covalente forte (par exemple, quartz (SiO2)et eau (H2O)), les collisions entre ces molecules a des temperatures ordinaires peuvent ne pas Iournir suIfsamment dnergie pour briser les liaisons contrairement aux collisions qui se produisent entre les molcules dont les atomes sont relis par des liaisons covalentes fai-bles. Donc, les ractions entre les molcules dont les atomes sont relies par des liaisons covalentes faibles se produisent plus rapidement que les ractions entre les molcules dont les atomes sont relis par des liaisons covalentes fortes. Par exemple, lorsque du mthane gazeux est mlang avec du chlore gazeux et que Universit Virtuelle Africaine 32lon expose le tout la lumire du soleil, une raction explosive se produit. Dans cette raction, des drivs de mthane chlor sont produits en mme temps que du chlorure dhydrogne. CH4+Cl2+nergie CH3Cl+CH2Cl2+CHCl3+CCl4+HClExercices1. Lhydrogne gazeux est utilis comme carburant pour les navettes spatiales et sera peut-tre utilise, dans le Iutur, pour propulser les moyens de transport voyageant sur terre2H2(g)+O2(g)2H2O(g)a) Exprimez la vitesse de raction en termes de variation de [H2], [O2],et[H2O] par rapport au temps.b)Lorsque [O2] diminue 0,23 mol/L.s, quelle vitesse est-ce que [H2O] aug-mente?2.Est-cequunmorceaudefermouillrouilleraplusvitedanslairoudans loxygne pur? Expliquez votre rponse. (Indice : tenez compte de leffet de la concentration sur la vitesse de raction).Rponses de 1a et 1ba) Vitesse =1 A|H2] =- A|O2]=1 A|H2O]2AtAt 2Atb) Calcul de la vitesse de variation de [H2O]: 1 A|H2O] = - A|O2] = - (-0,23 mol/L.s 2At At A|H2O] =2 x 0,23 mol/L.s=0,46 mol/L.s AtUniversit Virtuelle Africaine 33LquationquilibreindiquequelenombredemolesdeH2Oproduitestle double du nombre de moles de O2 consomm dans la raction. Par consquent, il est logique que la valeur numrique de la vitesse de formation de H2O soit le double de celle de disparition de [O2].2.Le fer expos lair humide va ragir avec loxygne pour former de loxyde de fer. Ce processus doxydation se nomme la corrosion (rouille).4Fe(s)+3O2(g)2Fe2O3(s)Loxygne est en plus grande concentration lorsquil est pur que lorsquil est m-lang dautres gaz dans lair. De plus, nous savons que, lorsque la concentration augmente, la vitesse de raction augmente aussi. Par consquent, un morceau de fer mouill va rouiller plus vite dans loxygne pur que dans lair.Larelation entre la concentration et la vitesse : lordre dune ractionDans la section 1.2, nous avons mentionn que la vitesse dune raction chimique dpenddeplusieurs facteurscomme la temprature,laprsence ounon dun catalyseur, la surface de contact des ractifs, la nature des ractifs et la concen-tration de ceux-ci. Nous avons vu, de manire qualitative, que la vitesse de la plupart des ractions chimiques augmente lorsque les concentrations des ractifs augmentent. Dans cette section, vous explorerez les relations quantitatives entre la vitesse de raction et les concentrations des ractifs.Soit la raction gnrale suivante :aA + bB produits (raction se droulant temprature constante)(1.3)o A et B reprsentent les formules des ractifs et a et b representent leurs coeIf-cients stchiomtriques. Dans cette section, vous tudierez des vitesses de rac-tions qui ne sont pas affectes par les concentrations des produits. Par consquent, vous navez pas besoin dutiliser des symboles pour les produits.En gnral, la vitesse de raction est proportionnelle la concentration de cha-que ractif leve une certaine puissance. La puissance laquelle on lve la concentration dun ractif donn est nomme lordre de raction de ce ractif. Lordre global de raction est la somme de tous les exposants des expressions de concentration dans lquation de la vitesse de raction.La vitesse de la reaction presentee ci-dessus peut tre indiquee comme : Vitesse _[A]m[B]n ..1.4o m et n sont les exposants de la loi de vitesse et indiquent lordre de raction du reactiI correspondant. Les valeurs de m et n pour une reaction donnee doivent tre dtermines exprimentalement. Ces valeurs ne changent pas selon la temprature. Universit Virtuelle Africaine 34La relation donnee dans l`equation 1.4 peut tre exprimee dans l`equation generale que lon nomme quation de loi de vitesse et qui est prsente ci-dessous :Vitesse=k [A]m [B]n .1.5Lquation de la loi de vitesse exprime la relation entre les concentrations des ractifs et la vitesse de raction. La lettre k reprsente une constante de propor-tionnalit que lon appelle constante de vitesse et qui indique quelle vitesse la raction se produit. Une petite constante de vitesse indique que la raction est lente tandis quune grande constante de vitesse indique que la raction est rapide. La valeur de k pour une raction donne dpend de la temprature, mais demeure constantelorsquelatempratureetlapressionsontconstantes.Lesexposants m et n ne correspondent pas necessairement aux coeIfcients stochiometriques des ractifs. Habituellement, la valeur dun exposant dune loi de vitesse est 1 ou 2. Cependant, les valeurs 0 et 3 sont aussi possibles, mais plus rares; il peut aussi y avoir des valeurs qui sont des fractions. Si lexposant sur la concentra-tion dun ractif est 1, alors la raction est dite de premier ordre par rapport acereactiI.DelammeIaon,sil`exposantsurlaconcentrationd'unreactiI est 2, alors la raction est dite du deuxime ordre par rapport ce ractif. Par exemple, lquation de la loi de vitesse ci-dessous est celle d une raction qui est de premier ordre par rapport A, du deuxime ordre par rapport B et donc du troisime ordre (1 + 2) globalement.Vitesse=k[A]1[B]2Par exemple, la raction entre le monoxyde dazote et lozone..NO(g)+O3(g)NO2(g)+O2(g)est de premier ordre par rapport au monoxyde dazote et de premier ordre par rapport lozone. Lquation de loi de vitesse pour cette raction est :Vitesse=k[NO]1[O3]1 Lordre global de la raction est donc : 1 + 1 = 2.Dtermination des ordres de ractionL`ordre d`une reaction par rapport a ses reactiIs respectiIs peut tre determine en faisant une srie dexpriences. Chacune de ces expriences commence avec un ensemble diffrent de concentrations de ractifs, ce qui permet dobtenir la vitesse initiale. Au cours des expriences, on change la concentration dun ractif tout en conservant la concentration de l`autre reactiI constante. Cette Iaon de determiner lordre dune raction est nomme la mthode de la vitesse initiale.Universit Virtuelle Africaine 35Exemple 1.1Pourlaraction A+Bproduits,lesvitessesderactionssuivantesontt notes au cours de trois expriences spares :Numro de lexprienceConcentration initiale (M)Vitesse initiale M min-1A B 1 21 2 x 10-5 2 22 4 x 10-5 3 42 4 x 10-5a) Quel est lordre de la raction par rapport A et par rapport B respective-ment?b) Quelle est la constante de vitesse (k)?Solutions a)LexpressiongnraledelavitessepourcetteractionestVitesse=k[A]x [B]y. Les valeurs de x et de y doivent tre deduites des inIormations donnees ci-dessus. Comparons lexprience 1 lexprience 2. Linformation obtenue montre que la vitesse a doubl dans lexprience numro 2, o la concentration de B a t doubleetolaconcentrationde Ataitconstante.Danscesconditions,sila vitesse de raction double lorsque lon double un ractif donn, alors lordre de raction par rapport ce ractif est de 1.Comparons maintenant lexprience 2 lexprience 3. Dans lexprience numro 3, la vitesse de raction na pas change alors que la concentration de A a t double. Cela indique que la vitesse de raction ne dpend pas de la concentration de A. Donc, lordre de raction par rapport A est 0.Lquation de vitesse de raction dtermine exprimentalement sera :Vitesse= k[A]o[B] = k[B]et ordre global = 1L`ordre par rapport a chaque reactiI peut aussi tre determine en Iaisant les calculs suivants :Universit Virtuelle Africaine 36Vitesse1= 2 x 10-5 M min-1= k[2]x [1]yVitesse2= 4 x 10-5 M min-1= k[2]x [2]yEn faisant le rapport des deux vitesses, nous obtenons :Vitesse1=2 x 10-5 M min-1 =k[2]x [1]yVitesse24 x 10-5 M min-1 k[2]x [2]y1 =1y puisque x = 0 2 2y1/2= (1/2)yEn appliquant le logarithme de chaque ct, nous obtenons :log (1/2)=y log (1/2) y=log (1/2)/ log (1/2)= 1L`ordre de la reaction par rapport au reactiI A peut tre calcule en prenant le ratio des expressions de vitesses dans les expriences numro 2 et 3.Vitesse2 =4 x 10-5 M min-1= k[2]x [2]yVitesse3 4 x 10-5 M min-1 k[4]x [2]y 1= (2/4)x log 1 = x log x=log 1/ log =0Par consquent, lquation de vitesse dtermine exprimentalement est donne par lexpression :Vitesse= k[A]x[B]y=K[A]o[B]= k[B]Universit Virtuelle Africaine 37b)Un fois que nous connaissons lordre de raction, la constante de vitesse pourra trecalculeeenprenantl`inIormationobtenuedansn`importelaquelledes trois expriences.Considrons lexprience numro 1 : Vitesse = k[1.0] 2 x 10-5 M min-1= k x 1,0 M k = 2 x 10-5 M min-1=2 x 10-5 min-11,0 MExemple 1.2Pour la raction X+2Y+2Zproduits, les vitesses suivantes ont t ob-tenues :ExprienceInitiale [X]Initiale [Y] Initiale [Z]Vitesse de disparition initiale de X 1 0,1 M 0,1 M 0,1 M1,0 x 10-6 M/min2 0,3 M 0,3 M0,1 M3,0 x 10-6 M/min3 0,4 M 0,1 M0,1 M1,0 x 10-6 M/min4 0,2 M 0,3 M0,3 M2,7 x 10-5 M/mina) Quel est lordre par rapport chaque ractif dans le systme?b) Quelle est la valeur de la constante de vitesse?c) Quelle est la vitesse de disparition de X dans lexprience 4?Solutiona)Dans la premire exprience, la vitesse de raction tait de 1,0 x 10-6 M/min lorsque les concentrations de tous les ractifs taient de 0,1 M.Dans la seconde exprience, la vitesse a tripl lorsque les concentrations de X et Y ont t triples et que Z a t gard constant. Ceci indique que la vitesse de raction dpend de la concentration de soit X, soit Y, soit X et Y.Enfn,danslatroisiemeexperience,lavitesseestdemeureelammeque dans lexprience 1 alors que la concentration de X a t quadruple et que les concentrations de Y et Z ont t gardes constantes. Ce fait indique que la vitesse de raction ne dpend pas de la concentration de X.Donc, la vitesse est proportionnelle [X]0 Universit Virtuelle Africaine 38Sinousrevenonslexpriencenumro2,lavitesseavaittripllorsqueles concentrationsdeXet Yavaientttriples.Mais,nousavonsconcluquela vitesse ne dpendait pas de la concentration de X. Ainsi, la vitesse a tripl lorsque la concentration de Y a tripl.Donc, la vitesse est proportionnelle [Y]1Lorsque nous comparons les expriences 2 et 4 sans tenir compte de X, la concen-tration de Y est demeure constante alors que celle de Z a tripl. Par la suite, nous avons trouv que la vitesse a t multiplie par un facteur de 9.Par consquent, la vitesse est proportionnelle [Z]2puisque 9 = 32 b) Une Iois que les ordres sont connus, k peut tre evalue a partir de n`importe quel ensemble de donnes.Voici un exemple partir de lexprience 1 :Vitesse = k[X]0[Y]1[Z]2K = vitesse = 1,0 x 10-6 M / min = 1,0 x 10-3 M-2 / min [Y] [Z]2 (0,1 M) (0,1 M)2c) Lorsque [Z] = 0,15; [Y] = 0,15; et [X] = 0,125 pour les quations quilibres Vitesse = k[Y] [Z]2 = 10-3 M-2 / min(0,15) (0,15)2=3,4 x 10-6 M/minN. B. Lisez le fchier PDF 59-MeasRxnRates sur le CD qui accompagne ce modulepourmieuxcomprendrecommentdterminerlordreduneraction. Dans ce fchier, vous trouverez une description detaillee des Iaons de determiner lordre dune raction et la constante de vitesse.Universit Virtuelle Africaine 39quilibre chimiqueRactions rversiblesEn 1798, le chimiste Claude Berthollet a not une observation qui a contribu une importante dcouverte. En analysant leau des lacs Natron (un groupe de lacs creuss dans le calcaire), il a trouv de grandes quantits de chlorure de sodium NaCl et de carbonate de sodium Na2CO3. Ce rsultat a surpris Berthollet puisquil savait que la raction entre Na2CO3 et CaCl2 est complte et forme du NaCl et un prcipit de CaCO3. Na2CO3+CaCl22NaCl+CaCO3 .. 1.6Sachant cela, Berthollet sattendait ce que de larges quantits de NaCl et de Na2CO3nepuissentpascoexisterenprsencedeCaCO3.tantdonnquela raction est complte, lajout dune grande quantit de CaCl2 une solution de Na2CO3 devrait produire du NaCl et du CaCO3, et ce, sans laisser de rsidu de Na2CO3 ltat initial. En fait, cette ide est base sur ce quil avait observ en laboratoire. Or, dans les lacs Natron, la coexistence de NaCl et de Na2CO3 sug-gre plutt que la raction nest pas complte. Ce fait allait donc lencontre des attentes de Berthollet. Lobservation importante de Berthollet a t de reconnatre que les phnomnes chimiques qui se produisaient dans les lacs Natron taient linverse de ce qui se passait en laboratoire.2NaCl+CaCO3Na2CO3+CaCl2.. 1.7En se basant sur ses observations, Berthollet a conclu que la raction tait r-versible et que ctait donc la quantit relative de ractifs et de produits qui dterminait le sens dans lequel la raction se produisait ainsi que la composition fnale du melange apres la reaction. Plusieurs ractions, comme celle qui se produit entre Na2CO3 et CaCl2, semblent s`arrter avant que tous les reactiIs aient reagi. Ce phenomene est cause par le Iait quune autre raction, cest--dire linverse de la premire raction, va commencer se produire lorsque la concentration des produits augmentera avec le temps. De telles ractions sont appeles ractions rversibles. Les ractions rversibles sont des ractions chimiques qui peuvent se produire dans le sens direct et inverse. Bref, les ractifs et les produits peuvent changer de rle, et ce, sans quon ait ajouter dautre produit chimique dans cette raction. Les ractions chimiques sont representees en ecrivant une equation soit avec des feches qui pointent dans les sens opposs comme dans lexemple ci-dessous ou soit avec le signe = la place des feches.Universit Virtuelle Africaine 40 .1.8Au dbut de la raction chimique, la raction directe se produit rapidement. Avec le temps, dune part, les concentrations de A et de B diminuent, ce qui fait baisser simultanment la vitesse de la raction directe. Dautre part, les concentrations deCetdeDaugmententavecletempsdesortequelavitessedelaraction inverse (qui tait de zro au dpart) augmente. Les vitesses des ractions directe et inverse seront egales. Alors, la reaction semble s`tre arrtee puisqu`il n`y a pasdechangementdanslaconcentrationdetouteslessubstancesimpliques dans la raction. Cest donc ce moment quon dit que la raction a atteint un tat dquilibre chimique. De manire plus prcise, on peut dire quil sagit dun quilibre dynamique puisque des ractions se produisent encore dans le systme malgr quil ny ait pas de changement net dans la concentration des ractifs ou des produits et que la raction semble termine. Lquilibre chimique, quant lui, se defnit comme etant la condition dans laquelle les vitesses de reaction directe et inverse sont les mmes, donc il n`y a pas de changement dans les quantites des ractifs ou des produits. Notez bien que ce sont les vitesses de raction directe et inverse qui seront gales lquilibre. Les concentrations des ractifs et des produits lquilibre peuvent tre egales ou inegales selon la valeur de la constante d`equilibre.La loi de lquilibre chimique lquilibre, la vitesse deraction directe (Rf)dune raction rversible sera gale la vitesse de la raction inverse (Rr).Selon lnonc de la loi daction de masse, la vitesse dune raction chimique est proportionnelle au produit des concentrations des ractifs leves une puissance egale a leurs coeIfcients respectiIs dans une equation equilibreePour la raction gnrale donne dans lquation 1.8, les vitesses de la raction directe (Rfwd) et de la raction inverse (Rrev) sont respectivement donnes par :Rfwd = Kf[A]a[B]b.1.9etRrev = Kr[C]c[D]d. ..1.10 lquilibre, les vitesses de raction directe et inverse seront gales. Donc, nous aurons :Kf[A]a[B]b = Kr[C]c[D]d ..1.11Universit Virtuelle Africaine 41ou Kf/Kr=[C]c[D]d ..1.12[A]a[B]b Cependant,Kf/Krestuneconstanteetestconnuecommetantlaconstante dquilibre (Ke).Par consquent,Ke = [C]c[D]d1.13[A]a[B]bLa loi de l`equilibre chimique aIfrme que, a une temperature donnee, un systeme chimique atteint un tat dans lequel un rapport particulier de concentration de ractif et de produit possde une valeur constante. Lquation 1.13 est lexpression mathmatique de la loi de lquilibre chimique. Par convention, les concentrations dessubstanceslquilibreapparaissantductdroitdelquationchimique (ctdesproduits)sonttoujoursplacesaunumrateuretlessubstancesqui apparaissentductgauchedelquation(ctdesractifs)sontplacesau dnominateur.Par exemple, lquation dquilibre pour la raction entre Na2CO3 et CaCl2 Na2CO3+CaCl22NaCl+CaCO3..1.14est donne ainsiKe =[NaCl]2[CaCO3].1.15[Na2CO3][CaCl2]Plus la valeur de la constante d`equilibre est grande, plus la reaction tend a tre complete. Les reactions irreversibles peuvent tre envisagees comme ayant une constante d`equilibre infnie donc au moins un des reactiIs disparait .Que signie Ke ?Les valeurs numriques des constantes dquilibre sont lies la nature des rac-tifs et des produits impliqus dans la raction. Les valeurs numriques de Ke sont tires dexpriences o lon a mesur les concentrations lquilibre. La valeur numrique illustre donc le rapport entre les produits et les ractifs lquilibre. En effet, dans un mlange lquilibre, les ractifs et les produits coexistent.La valeur de Ke est leve lorsquil y a plus de produits que de ractifs dans le mlange.Universit Virtuelle Africaine 42La valeur de Ke est basse lorsquil y a plus de ractifs que de produits dans le mlange.Si Ke > 1 lquilibre est dlpac dans le sens de la formation des produits.Ke = 1 ni les ractifs ni les produits ne sont favorissPetit Ke < 1 lquilibre est dlpac dans le sens de la formation des ractifs.Ordre de grandeurLes grands valeurs de Kesont de lordre de 1 x 1034 Ke = 1 ni les ractifs ni les produits ne sont favorissLes petits valeurs de Kesont de lordre de 4 x 10-41quilibres htrognesUn quilibre htrogne est un quilibre dans lequel plus dune phase apparat au cours de la raction. Voici quelques exemples dquilibres htrognes : lquilibre entre les solides et les gaz, entre les liquides et les gaz, entre les solides et les liquides, entre les solides et les solides et entre les liquides immiscibles.Par exemple, le systme suivant, qui est lquilibre, implique des phases ga-zeuse et solide.C(s)+ CO2(g) 2CO(g)..1.16L`expression a l`equilibre pour cette reaction pourrait tre ecrite ainsi :Ke=[CO]2..1.17 [C][CO2] Cependant,laconcentrationdessolidesetdesliquidespursparuneunitde volume est toujours la mme. En eIIet, ces substances sont caracterisees par une densite qui est la mme pour tous les echantillons peu importe leur taille. Donc, la concentration du carbone dans lquilibre prsent ci-dessus est constante. La constante d`equilibre pourrait tre ecrite ainsi :Universit Virtuelle Africaine 43Ke= [CO]21.18K[CO2] (Ke)(K)= Ke= [CO]2..1.19[CO2]Parconsquent,danslesractionshtrognes,lessubstancesqueloninclut pour exprimer une constante dquilibre sont celles qui sont prsentes dans une phase homogne.Calculs impliquant des quilibres chimiques!Regardons les exemples suivants :Exemple 1.3 Calculez les concentrations lquilibre de H2, I2 et HI si0,200 mole de chacune des substances suivantes H2 et I2 est placee dans une fole de 1,00L a 425oC.(Ke = 54.5)SolutionLquation de la raction chimique est :H2+I2 2HI . La constante dquilibre pour cette quation est donne par la formule suivante :

Ke =[HI]2 [H2][I2]Au dbut de la raction,

[H2]=[I]=0,200 mol/Let [HI]=0Supposons que la quantit de H2 qui a ragi lquilibre est de x mol/L. Donc, lquilibre, [H2] = [I2] = (0,200-x) mol/Let[HI] = 2x mol/LMaintenant,remplaonslesconcentrationsal`equilibredansl`equationdela constante dquilibre et rsolvons lquation pour x.Ke= (2x)2= (2x)2 (0,200-x) 0,200-x) (0,200 - x)2 2x =(54,5)= 7,38 0,200-xUniversit Virtuelle Africaine 44Nous devons choisir la racine carre positive puisquil ny a pas de concentration ngative. Donc,2x=7,38 (0,200-x) 2x=1,476 - 7,38x 9,38x=1,476 x=1,476 = 0,157 9,38Par consquent, lquilibre,[HI] = 2x= 2 x 0,157=0,314 mol/Let[H2]=[I2] = 0,200 - 0,157 = 0,043 mole/LExemple 1.4Pour la raction que nous avons donn en exemple ci-dessus, calculez Ke si les concentrations initiales de chacune des substances H2 et I2 sont de 0,400mol/L et qu lquilibre, la quantit qui na pas ragi est de 0,086 mol/L pour chacune des substances.SolutionSi 0,086mol/L de chacune des substances H2 et I2 nont pas ragi dans la raction, alors la quantit ayant ragi sera de :0,400 - 0,086 = 0,314mol/L pour chaque substance.En regardant lquation quilibre, nous voyons que lorsquune mole de chacune des substances H2 et I2 ragit, la quantit de HI produite est de 2 moles. Par cons-quent, si 0,314 mol/L de chacune des substances H2 et I2 a ragi lquilibre, la quantit de HI produite sera de 2 x 0,314 = 0,628 mol/L.Maintenant, substituons les concentrations lquilibre trouves ci-dessus dans lquation de la constante dquilibre et rsolvons pour Ke. Ke= [HI]2= (0,628)2 =53,3 [H2][I2](0,086)2 Facteurs influenant lquilibre chimiqueDans la plupart des cas, leffet dun changement dans les conditions environnantes sur un equilibre chimique pourra tre predit grce au principe de Le Chatelier. Le principe de Le Chatelier aIfrme que lorsqu`une modifcation est applique sur Universit Virtuelle Africaine 45un equilibre chimique, l`equilibre change de Iaon a minimiser l`eIIet de cette modifcation.Par consequent, les Iacteurs suivants vont causer un deplacement de lquilibre :a) La concentrationLorsque la concentration (ou la pression partielle sil sagit dun gaz) de nim-portequelractifouproduitdansuneractionchimiquelquilibrechange, l`equilibresedeplacedeIaonasurmontercechangement,cequipermetde soulager le systeme de la modifcation qui lui estapplique (selon le principe de Le Chatelier) et de garder Keq constant (cest donc la concentration des produits et des ractifs qui maintiennentKeq constante. Gnralement, si la concentration de lun des ractifs est augmente, la raction va former plus de produits. Si la concentration de lun des produits est augmente, la raction inverse va se produire afn de Iormer plus de reactiIs. Enfn, si la concentration d`un ou de plusieurs produits est diminue, la raction va se produire dans le sens dune augmentation de leur concentration.ExempleOn divise en trois parties une solution contenant un complexe rouge thiocyanate de fer. Une de ces parties est traite avec un excs de fer (III); lautre de ces parties est traite avec un supplment de thiocyanate. On constate alors que la couleur de ces deux solutions traites est plus fonce que celle de la solution non traite.. Fe3+(aq)+SCN-(aq) FeSCN2+(aq).1.20 La couleur du complexe FeSCN2+ est rouge brique. Le fait que la couleur de la solution devienne plus fonce aprs avoir ajout un supplment de fer (III) et un supplmentdethiocyanateindiquequelquilibremontrparlquation1.20 sest dplac vers la droite.Universit Virtuelle Africaine 46b) La tempratureLes variations de temprature peuvent affecter un quilibre chimique lorsque de la chaleur est absorbe (raction endothermique) ou dgage (raction exother-mique) pendant cette raction. Observons les deux ractions suivantes :a) 3H2(g) + N2(g) 2NH3+chaleur b) CaCO3+chaleurCaO+ CO2Si la raction est exothermique, comme dans la raction (a) ci-dessus, une aug-mentation de la temprature entrane une augmentation de la concentration des ractifs lquilibre et une diminution de la concentration des produits lqui-libre, cest--dire que lquilibre se dplace vers la gauche. En effet, si nous considrons la chaleur comme tant un substance faisant partie dune raction chimique, alors une hausse de temprature ajoute de la chaleur au systeme et, de la mme Iaon, une baisse de temperature enleve de la chaleur au systme. Tout comme pour les variations de nimporte quel autre paramtre (concentration, pression ou volume), l`equilibre du systeme se deplace afn de rduire ou de contrer leffet de cette variation : une hausse de temprature favorise le sens endothermique (de gauche droite dans une quation quilibre) et une baisse de temprature favorise la raction exothermique. Dans une raction endothermique du type prsent en (b), lorsque la temprature du systme augmente, la raction se droule en sens direct. Par consquent, une haussedetempratureentraneunehaussedesconcentrationsdesproduitset une baisse des concentrations des ractifs; tandis quune baisse de temprature entrane une hausse des concentrations des ractifs et une baisse des concentra-tions des produits.Notezque,danslesensdirectduneractionexothermique,unehaussedela temprature diminue la valeur de Ke, alors que dans le sens direct dune raction endothermique,unehaussedetempratureaugmentelavaleurdeKe.Siune raction chimique ne dgage aucune chaleur et nen absorbe pas non plus, alors la temprature na pas deffet sur les concentrations lquilibre ni deffet sur Ke. En plus d`infuencer la valeur de la constante d`equilibre, la temperature aIIecte aussi la vitesse dune raction chimique, cest--dire le temps ncessaire pour que la raction atteigne lquilibre. La vitesse de plusieurs ractions chimique est approximativement double chaque hausse de 10oC de temprature.c) La pressionLa pression peut avoir un effet important sur la position de lquilibre chimique lorsquil y a un ou plusieurs gaz impliqu dans la raction chimique. loppos, la pression n`a aucun eIIet signifcatiI lorsque tous les reactiIs et les produits sont soit liquide, soit solide, etant donne que ces phases dont diIfcilement compres-sibles.Universit Virtuelle Africaine 47L`augmentation de la pression d`un gaz est exactement la mme chose que l`aug-mentation de sa concentration. Si vous avez une certaine masse d`un gaz, la Iaon daugmenter sa pression est de comprimer celui-ci dans un volume plus petit. Si vous avez la mme masse dans un plus petit volume, alors la concentration est plus leve.Vous pouvez aussi illustrer cette relation mathematiquement grce a l`equation des gaz parfaits que vous avez apprise au cours de votre module de chimie g-nrale I.En rarrangeant lquation, nous obtenons :PuisqueRTestconstantlorsquelatempratureestconstante,onconstate quelapressionestdirectementproportionnellelaconcentration.Donc,sila pression ou la temprature double, alors lautre doublera aussi. Par consquent, une augmentation de pression (diminution de volume) favorise la ractionqui diminue le nombre total de moles de gaz.Considrons la raction pour la formation de NH3 : N2(g)+3H2(g)2NH3(g) - 92kJmol-1Universit Virtuelle Africaine 48Le nombre total de moles de ractifs est de 4 et celui des produits est de 2. Lors-que la raction se produit de gauche droite, le nombre total de moles de gaz va diminuer et vice-versa.Lorsque la pression lquilibre augmente, la concentration des gaz augmente aussi. L`equilibre se deplace ensuite vers la droite de Iaon a ce que le nombre total de moles de gaz (et donc la concentration) diminue. Par consquent, une augmentation de pression dans la raction entre N2 et H2 va favoriser la production dune plus grande quantit de NH3. Engnral,laugmentationdelapressiondansunmlangedegazquisont lquilibredplacelquilibredanslesensquiformelepluspetitnombrede molcules de gaz.VoicimaintenantunexemplederactionentreN2 etO2quideviennentdu NO :N2(g)+O22NO(g)S`il y a le mme nombre de molecules gazeuses de reactiIs et de produits des deux ctes de la double feche comme dans l`exemple ci-dessus, alors la pression naffectera pas la quantit des diffrentes substances prsentes dans le mlange lorsque la raction atteint lquilibre. La cause de ce phnomne est que le sys-tme ne dispose daucun moyen pour contrebalancer la variation de pression qui lui a t impose.Enfn, si l`augmentation de la pression d`un melange de gaz a l`equilibre decoule de lintroduction dun gaz inerte (gaz qui ne ragit pas), alors cela naffectera pas la position de l`equilibre puisque le gaz inerte ne modife pas les pressions ou les concentrations partielles des substances dj prsentes dans le systme.d) Le catalyseurLecatalyseurestutilispourpermettrequelaractionatteignelquilibre chimique plus rapidement. Le catalyseur ne modife pas la valeur de la constante dquilibre pour une raction.Exemple 1.5Precisezcommentchacundeschangementssuivantsmodiferalaquantitede H2 prsente dans la raction ci-dessousainsi que la valeur de Ke. (dans cette reaction, AH reaction = + 41kJ)H2(g) + CO2(g) H2O(g)+CO(g)Universit Virtuelle Africaine 49a)Ajout de CO2d)Augmentation de la tempratureb)Ajout de H2Oe)Diminution du volume du contenantc)Ajout dun catalyseurSolutionsa)Dans une raction lquilibre, laugmentation de la concentration de nim-porte quel ractif(du ct direct) force la raction se produire dans le sens direct. Par consquent, lajout de CO2 diminue la quantit de H2 prsente dans le systme. La formule pour exprimer Ke dans une raction donne est : Ke=[H2O][CO] [H2][CO2] Vuquelaconcentrationdesproduitsaugmentelorsquelquilibresedplace vers la droite, Ke va augmenter.b)En ajoutant du H2O, on augmente la concentration dun ractif dans la rac-tion de sens inverse, ce qui favorise la raction inverse et augmente donc la quantit de H2.Kediminuetantdonnquelaconcentrationdesproduitsdiminueetquela concentration des ractifs augmente.c)Lajout dun catalyseur peut augmenter la vitesse dune raction. Par contre, cet ajout naffecte ni la concentration lquilibre de H2 ni la valeur de Ke.d) AHreaction AHformation de produits - AHformation de ractifs.Par consequent,AHreaction positive implique que, AHformation des produits est plus grande que AHformation des ractifs et que la raction est endothermique.Dans une raction endothermique, une augmentation de la temprature favorise la formation de produits. Par consquent, la concentration de H2 diminue et Ke augmente si la temprature de la raction lquilibre augmente.e)Unediminutionduvolumeducontenantprovoqueuneaugmentationde la pression (concentration). tant donn que le ct droit et le ct gauche delareactionproduisentlemmenombredemolesdeproduitsgazeux,il est impossible que lquilibre puisse minimiser la pression en diminuant la concentration. Par consquent, il ny aura pas deffet sur la quantit de H2 et Ke si la pression lquilibre augmente cause dune diminution du volume du contenant.Universit Virtuelle Africaine 50valuation formative1. crivez lquation de loi de vitesse pour la raction suivante :CH4 +2O2CO2+2H2O2. Decrivez les Iacteurs qui infuencent la vitesse de reaction et discutez de la manire dont chaque facteur affecte la vitesse.3.Une srie dexpriences ont t menes pour la raction suivante entre loxy-gne et le monoxyde dazote :O2(g)+ 2NO(g) 2NO2(g)Voici les vitesses initiales des ractions obtenues lors de ces expriences :ExprienceInitiale [O2]Initiale [NO]Vitesse initiale (M s-1)1 1,10 x 10-21,30 x 10-2 3,21 x 10-3 2 2,20 x 10-21,30 x 10-2 6,40 x 10-33 1,10 x 10-22,60 x 10-2 12,8 x 10-3

4 3,30 x 10-21,30 x 10-2 9,60 x 10-35 1,10 x 10-23,90 x 10-2 28,8 x 10-3

a) Quel est lordre par rapport chaque ractif dans le systme?b) Quelle est la valeur de la constante de vitesse?4.Defnissez le principe de Le Chatelier.5.Que signife le terme equilibre dynamique pour vous? Ecrivez la Iormule de la constante dquilibre pour la raction suivante :2NH3 (g) 3H2(g) + N2(g) Dans quelle direction est-ce que lquilibre chimique va se dplacer si la pression est augmente?Universit Virtuelle Africaine 516. Voici des ractions rversibles :i)2SO2 + O22SO3 + 192,74 kJii)N2O4 2NO2 - 54,47kJPourchacunedecesractions,dansquelledirectionest-cequelquilibre chimique va se dplacer... a) si la temprature est diminue;b) si la pression est diminue?7.Calculez la constante dquilibre, Ke, pour la raction, 2HBr H2+ Br2 , si la masse de bromure dhydrogne est de 0,809g et que 5% de sa quantit a ragi au moment o lquilibre chimique est atteint.8.Dans un facon de 500 ml, la reaction suivante se produit :CH4+ H2O(vapeur) CO+ 3H2Calculez la constante dquilibre pour ce systme si les masses initiales des rac-tifs sont de : CH4 0,8g; H2O 0,9g; CO 1,4g; H2 0,1g. Au moment o lquilibre chimique est atteint, 50 % du mthane a dj ragi.9.Comment la position de l`equilibre peut-elle tre deplacee?10. une certaine temprature, la composition dun systme lquilibre dans unvolumede10Lestlasuivante:CO11,2g;Cl214,2g;etCOCl219,8g. En tenant compte de ces donnes, calculez la constante dquilibre pour la raction : CO +Cl2 COCl2 11. une certaine temprature, 21,2 moles dhydrogne et 5,23 moles diode sont mlanges dans un rcipient ferm. Dterminez la composition du mlange lquilibre si la constantedela raction est de 50 et quelquation dela raction est H2+ I22HI12. Quel effet aura une diminution du volume du mlange sur les conditions de l'quilibre dans chacune des ractions suivantes?a) C(s) + H2O(g)CO(g) + H2(g) b)CO(g) + H2O(g)CO2(g) + H2(g)c) 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g)+ 2H2O(g)Universit Virtuelle Africaine 5213. La raction exothermique, A(g) + B(g) 2C(g), atteint un tat dquilibre une temprature de 200oC. Laquelle ou lesquelles des aIfrmations suivantes sont vraies? Expliquez pourquoi.a)Si le mlange est transvasdans un rcipient ayant un volume deux fois plus grand, alors la quantit de ractifs et de produits demeurera inchange.b)Lajout dun catalyseur va entraner la formation dune plus grande quantit de C(g).c)Abaisser la temprature 100oC ne modifera pas l`etat d`equilibre.d)En ajoutant un gaz inerte, comme lhlium, il y aura soit un effet minime ou soit aucun effet sur lquilibre.14. Si la constante dquilibre dune raction ayant atteint lquilibre diminue lorsque la temprature de la raction est change, est-ce que la raction directe est endothermique ou exothermique? Expliquez pourquoi.Vrai ou faux?1. Dans une raction lquilibre, le nombre de moles de produits forms sera gal au nombre de moles de ractifs qui ont t soumis la raction.2. Dans une raction lquilibre, le nombre de moles de ractifs qui ont ragi sera gal au nombre de moles de ractifs qui nauront pas ragi.3. La position de l`equilibre sera aIIectee d`une maniere plus signifcative par un changement dans la temprature que par un changement dans la pression si les ractifs et les produits sont des solides ou des liquides.4. Si la raction directe dun systme lquilibre est exothermique, alors la constante dquilibre (Ke) va diminuer lorsque la temprature du systme sera augmente.5.Dansunquilibrechimiqueotouslesractifsettouslesproduitssont des gaz, une augmentation de P ou de T va dplacer le sens de la raction vers le sens direct si la raction directe est endothermique et que le nombre total de moles de ractifs est plus grand que le nombre totalde moles de produits.Questions choix multiples1) Dans une raction rversible lquilibre...a) le nombre total de moles de produits est plus grand que le nombre total de moles de ractifs qui nont pas ragi.b) le nombre total de moles de produits est gal au nombre total de moles de ractifs qui nont pas ragi.c) le nombre total de moles de produits est gal au nombre total de moles de ractifs consomms dans la raction.d)lenombredemolesdesubstancesformesdanslesensdirectparunit de temps est gal au nombre de moles de substances formes dans le sens inverse par unit de temps.(A)Universit Virtuelle Africaine 532) Si la raction directe est exothermique, quel nonc parmi les suivants est vrai en ce qui concerne lquilibre de la raction : xA(g) + yB(g)mC(g) + nD(g) ?a) Une augmentation de la temprature et de la pression dplacera lquilibre vers le sens direct si x + y est plus petit que m + n.b) Une augmentation de la temprature dplacera lquilibre vers le sens in-verse et une augmentation de la pression dplacera lquilibre vers le sens direct si x + y est plus petit que m + n.c) Une augmentation de la temprature ou de la pression dplacera lquilibre vers le sens inverse si x + y est plus petit que m + n.d) Une augmentation de la pression ou de la temperature n`aura pas d`infuence sur le systme si x + y est gal m + n.3. Quel nonc parmi les suivants nest pas un exemple du principe de Le Cha-telier?a) Si la concentration de nimporte quel ractif dans le sens inverse est aug-mente, alors lquilibre se dplace vers le sens inverse.b) Dans un melange de gaz a l`interieur d`un mme recipient, si la concentration dun des gaz est augmente, alors sapression partielle augmentera aussi.c) Dans une raction lquilibre, laugmentation de la temprature dplacera lquilibre vers le sens endothermique.d) Dans une raction lquilibre o tous les ractifs et tous les produits sont des gaz, laugmentation de la pression dplacera lquilibre vers le sens o le nombre total de moles est le plus petit.4. Quelle action parmi les suivantes fera augmenter Ke?a)Augmenter la concentration des ractifs dans le sens direct sans changer la temprature.b)Augmenter la temprature de la raction lquilibre si la raction directe est exothermique.c)Augmenter la temprature de la raction lquilibre si la raction inverse est exothermique.d) Augmenter la pression dans une raction lquilibre o les produits et les ractifs sont des gaz et o le nombre de moles de produits est plus grand que le nombre de moles de ractifs.Universit Virtuelle Africaine 54Activit 2Titre de lactivit dapprentissage Les solutions et leurs propritsObjectifs denseignement et dapprentissage spcifiques cette activitA la fn de cette activite d`apprentissage, l`etudiant doit tre en mesure de :- Dcrire les diffrents types de solutions- Defnir les types d`unites de concentration - Calculerlesconcentrationsdessolutionsenutilisantdiversesunitsde concentration- Defnir la solubilite et decrire quels sont les eIIets de la temperature sur la solubilit- Dcrire les proprits colligativesRsum de lactivit dapprentissage Dans le cours Chimie gnrale 1, nous avons discut des proprits associes aux trois etats de la matiere. La plupart de nos refexions, touteIois, s`appliquaient aux substances pures. Par contre, ce nest que rarement que nous interagissons avec des substances pures dans notre vie quotidienne ou au laboratoire. Habi-tuellement, les substances chimiques avec lesquelles nous travaillons sont sous la forme de mlange, et trs souvent ces mlanges sont des solutions. Lorsque deux substances ou plus sont melanges de Iaon homogene, l`une aura un eIIet notable sur les proprits de lautre substance. Souvent, les effets observs nous Iournissent des inIormations utiles sur la Iaon dont les substances interagissent les unes avec les autres. Au cours de cette unit, nous discuterons des diffrents types de solutions et nous examinerons comment les solutions sont formes, ce qui nous permettra dobserver les transformations qui se produisent lorsquune substance est dissoute dans une autre. Nous allons aussi dcrire les diverses units de concentration utilises pour quantifer les solutions etant donne qu`il serait inutile de discuter des solutions sanssavoircomment exprimer lesquantits dunesubstancedissoutedansun certain volume dune autre substance. De plus, nous allons parler de quelques concepts de base propos de la solubilit. Nous aborderons aussi les proprits colligatives des solutions. Par ailleurs, des exemples et des exercices sont inclus la fn des sous-unites. La plupart de ces exemples et de ces exercices sont conus pour vous aider dvelopper vos habilets de rsolution de problmes quanti-tatiIs et conceptuels. A la fn de cette unite, vous devrez travailler sur diIIerents exercices tout en faisant vos diverses lectures.Universit Virtuelle Africaine 55Liste de lectures pertinentes1.Ralph H. Petrucci and Williams S. Haward; General Chemistry, 7thEdition, Prentice Hall International Inc., U.S.A, 19972. Raymond Chang, Chemistry, 4th Edition. McGraw-Hill Inc., New York,1991, Oxford University Press, 20023. Raymond Chang, Chemistry 8th Edition, McGraw-Hill, New York, 20054. Solutions in http://chemmovies.unl.edu/ChemAnime/index.htm5.MartinS.Silberberg;Chemistry;TheMolecularNatureofMatterand-Change, 2nd Edition; McGraw Hill; U.S.A., 2000Liste de ressources pertinentes- Ordinateur avec accs internet qui vous permettra de consulter les liens et les ressources libres de droits dauteurs- CD-Romdaccompagnementdecemodulequivousservirafairevos lectures obligatoires et consulter les dmonstrations- Ressources multimdia comme magntoscope, lecteurs de VCD et de CDListe de liens utiles In Textbook Revolution: Taking the Bite out of Books athttp://textbookrevolution.org/chemistry/chemistry-1st-ed1. A Free High School Texts: A text Book for High School Students Studying Chemistry, FHSST Authers, June 12/2005.2. Understanding Chemistry, by Jim Clark3. ScienceWorld, by Eric Weisstein In VIRTUAL CHEMBOOK, at http://www.elmhurst.edu/~chm/vchembook/index.htmlSolution and Solubility, by Elnhurst College, by Charles E.Ophardt, c. 2003, (une rvision sur les solutions et sur le concept de solubilit).Universit Virtuelle Africaine 56Description dtaille de lactivitLes solutionsDans la nature, trs peu de substances pures sont trouves telles quelles, tandis quil est trs frquent de rencontrer des solutions. De plus, la plupart des ractions chimiques qui sont mises en uvre dans les laboratoires et dans les industries ainsi que la plupart des ractions qui ont lieu dans les organismes vivants ne se produisent pas entre des solides, des liquides et des gaz purs, mais plutt dans des solutions. Dans ces solutions, les molcules et les ions sont dissous dans leau ou dans dautres solvants. De p