Transformation chimique

1. Qu'est-ce qu'une transformation chimique ?
2. Comment modélise-t-on une réaction chimique ?
3. Quelle est l'utilité des nombres stœchiométriques ?
4. Qu'est-ce qu'une espèce spectatrice ?
5. Rappeler la définition d'un réactif limitant.

On mélange deux solutions :

• une solution de chlorure de fer (III) : $\mathrm{Fe^{3+}(aq) + 3\,Cl^-(aq)}$, solution jaune ;
• une solution d'hydroxyde de sodium : $\mathrm{Na^+(aq) + HO^-(aq)}$.

On observe la formation d'un précipité solide d'hydroxyde de fer (III) $\mathrm{Fe(OH)_3(s)}$.

1. Quelles sont les espèces présentes à l'état initial puis à l'état final ?
2. Écrire l'équation de réaction ajustée.
3. Comment qualifier les espèces $\mathrm{Na^+}$, $\mathrm{Cl^-}$ et l'eau ?

Équilibrer les équations de réaction suivantes en plaçant les coefficients stœchiométriques entiers adaptés.

1. $\mathrm{Na} + \mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{Na_2O}$
2. $\mathrm{Cu} + \mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{Cu_2O}$
3. $\mathrm{Fe} + \mathrm{O_2} \longrightarrow \mathrm{Fe_2O_3}$
4. $\mathrm{Al} + \mathrm{S} \longrightarrow \mathrm{Al_2S_3}$
5. $\mathrm{N_2} + \mathrm{H_2} \longrightarrow \mathrm{NH_3}$

Pour ajuster le pH des eaux de piscine, on verse une solution aqueuse d'acide chlorhydrique dans l'eau. Lors de cette transformation chimique, la température de l'eau augmente.

1. Indiquer le caractère endothermique ou exothermique de cette transformation. Justifier.
2. Que constate-t-on, pour la même piscine, si la masse de solution d'acide chlorhydrique versée est plus importante ?

La combustion complète de l'éthanol $\mathrm{C_2 H_6 O\,(g)}$ dans l'air produit du dioxyde de carbone $\mathrm{CO_2(g)}$ et de la vapeur d'eau $\mathrm{H_2 O(g)}$. Lors de la transformation, la température augmente.

Données : quantités initiales $n_i(\mathrm{C_2 H_6 O}) = 9{,}0 \times 10^{-1}\ \text{mol}$ et $n_i(\mathrm{O_2}) = 3{,}0\ \text{mol}$.

1. Écrire l'équation de la réaction de combustion puis l'ajuster.
2. Identifier le réactif limitant.
3. Indiquer le caractère endothermique ou exothermique de cette transformation.

On introduit dans un tube à essai de la poudre de fer (Fe) et de l'acide chlorhydrique contenant les ions $\mathrm{H^+}$ et $\mathrm{Cl^-}$. On constate que les parois du tube chauffent légèrement. Un gaz se forme : à l'approche d'une flamme, une légère détonation se produit, attestant la présence de $\mathrm{H_2(g)}$.

Une fois le dégagement gazeux terminé, il reste de la poudre de fer au fond du tube. La solution restante, mélangée à quelques gouttes contenant $\mathrm{HO^-}$, donne un précipité vert caractéristique de l'ion $\mathrm{Fe^{2+}}$.

État initial : $n_i(\mathrm{Fe}) = 4{,}0 \times 10^{-2}\ \text{mol}$ et $n_i(\mathrm{H^+}) = 5{,}0 \times 10^{-2}\ \text{mol}$.

1. Identifier les réactifs et les produits de la réaction.
2. Écrire et ajuster l'équation chimique de la transformation.
3. Qualifier les ions $\mathrm{Cl^-}$ lors de cette transformation. Justifier.
4. À l'aide du texte, identifier le réactif limitant.
5. À l'aide des quantités initiales, vérifier l'exactitude de la réponse précédente.
6. Indiquer le caractère endothermique ou exothermique. Justifier.

Pour fabriquer l'arôme de banane, on chauffe un mélange de deux réactifs à reflux pendant une trentaine de minutes, puis on vérifie le produit obtenu par chromatographie sur couche mince (CCM).

1. Citer le rôle du réfrigérant dans le montage à reflux.
2. Expliquer pourquoi on peut chauffer longtemps sans perdre de matière.
3. Donner une consigne de sécurité essentielle pour ce montage, et la justifier.
4. On dépose sur une plaque CCM le produit synthétisé (P) et un échantillon d'arôme de banane naturel (N). Expliquer comment, à la lecture du chromatogramme, conclure que le produit synthétisé est identique à l'espèce naturelle.
5. Indiquer si l'arôme obtenu est une espèce naturelle, de synthèse ou artificielle. Justifier.

On modélise la synthèse de l'arôme de banane (de formule $\mathrm{C_7H_{14}O_2}$, de masse molaire $M = 130\ \text{g·mol}^{-1}$) par l'équation :

Quantités initiales : $n_i(\mathrm{C_2H_4O_2}) = 5{,}0 \times 10^{-2}\ \text{mol}$ et $n_i(\mathrm{C_5H_{12}O}) = 8{,}0 \times 10^{-2}\ \text{mol}$.

1. Vérifier que l'équation respecte la conservation des éléments.
2. Identifier le réactif limitant.
3. En déduire la quantité de matière maximale d'arôme formé.
4. Calculer la masse maximale d'arôme que l'on peut obtenir.

Les microalgues sont cultivées dans des installations métalliques sujettes à la corrosion. La rouille résulte de l'oxydation du fer solide $\mathrm{Fe(s)}$ par le dioxygène $\mathrm{O_2(g)}$ en présence d'humidité. La rouille est de l'oxyde de fer (III) $\mathrm{Fe_2 O_3(s)}$, un solide brun-rouge. La transformation s'accompagne d'une libération de chaleur.

Une cuve contient initialement $n_i(\mathrm{Fe}) = 2{,}0 \times 10^{-1}\ \text{mol}$ et $n_i(\mathrm{O_2}) = 2{,}0 \times 10^{-1}\ \text{mol}$.

1. Identifier les réactifs et le produit de cette transformation chimique.
2. Justifier qu'il s'agit bien d'une transformation chimique.
3. Écrire et ajuster l'équation de la réaction correspondante.
4. Déterminer le réactif limitant, s'il y en a un, à partir des quantités initiales.
5. Préciser si la transformation est exothermique ou endothermique, en justifiant.