Toutes les formules de chimie du programme 2ème année Bac : cinétique chimique, transformations non totales, pH et réactions acido-basiques, dosages, piles, électrolyse et estérification. La chimie représente environ 7 points sur 20 de l'épreuve nationale de physique-chimie — souvent les points les plus faciles à sécuriser.
1. Cinétique chimique — transformations lentes et rapides
Vitesse volumique : v = (1/V)·(dx/dt) (mol·L⁻¹·s⁻¹)
Temps de demi-réaction t½ : x(t½) = x_final/2
Temps de demi-réaction t½ : x(t½) = x_final/2
- Facteurs cinétiques : température ↑ et concentration des réactifs ↑ ⟹ vitesse ↑. Le catalyseur accélère sans modifier l'état final.
- Graphiquement : v est proportionnelle à la pente de la tangente à la courbe x(t).
- Suivi possible par : conductimétrie, pH-métrie, pression (gaz), dosage.
2. Transformations non totales — équilibre chimique
Taux d'avancement final : τ = x_final/x_max (τ = 1 ⟹ totale, τ < 1 ⟹ limitée)
Quotient de réaction : Q_r = [C]ᶜ[D]ᵈ / [A]ᵃ[B]ᵇ · À l'équilibre : Q_r,éq = K
Quotient de réaction : Q_r = [C]ᶜ[D]ᵈ / [A]ᵃ[B]ᵇ · À l'équilibre : Q_r,éq = K
- Q_r < K ⟹ évolution dans le sens direct · Q_r > K ⟹ sens inverse · Q_r = K ⟹ équilibre.
- Les solides et le solvant (eau) n'apparaissent pas dans Q_r.
- K ne dépend que de la température.
3. pH et réactions acido-basiques
pH = −log[H₃O⁺] · [H₃O⁺] = 10⁻ᵖᴴ
Produit ionique de l'eau : K_e = [H₃O⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ (à 25°C) · pK_e = 14
K_A = [A⁻][H₃O⁺]/[AH] · pK_A = −log K_A · pH = pK_A + log([A⁻]/[AH])
Produit ionique de l'eau : K_e = [H₃O⁺][OH⁻] = 10⁻¹⁴ (à 25°C) · pK_e = 14
K_A = [A⁻][H₃O⁺]/[AH] · pK_A = −log K_A · pH = pK_A + log([A⁻]/[AH])
- pH < pK_A ⟹ la forme acide AH prédomine · pH > pK_A ⟹ la forme basique A⁻ prédomine.
- Acide fort dilué : pH = −log C · Base forte : pH = 14 + log C.
- Taux d'avancement d'un acide faible : τ = [H₃O⁺]/C = 10⁻ᵖᴴ/C.
4. Dosages acido-basiques
À l'équivalence : n_acide = n_base ⟹ C_A·V_A = C_B·V_B,éq
- Équivalence : repérée par la méthode des tangentes, la courbe dérivée (dpH/dV), ou un indicateur coloré dont la zone de virage contient le pH d'équivalence.
- Acide fort + base forte : pH d'équivalence = 7 · Acide faible + base forte : pH d'équivalence > 7.
- À la demi-équivalence (dosage acide faible) : pH = pK_A — c'est comme ça qu'on lit le pK_A sur la courbe.
💡 Question classique du national : justifier le choix de l'indicateur coloré — sa zone de virage doit encadrer le pH du point d'équivalence.
5. Piles et électrolyse
Quantité d'électricité : Q = I·Δt = n(e⁻)·F · F = 96 500 C/mol
n(e⁻) = I·Δt/F
n(e⁻) = I·Δt/F
- Pile : transformation spontanée (Q_r → K). Anode = oxydation = borne (−) · Cathode = réduction = borne (+).
- La pile s'arrête quand Q_r = K (équilibre atteint, pile « usée »).
- Électrolyse : transformation forcée par un générateur — les réactions sont inversées par rapport à l'évolution spontanée.
- Relier n(e⁻) à l'avancement via la demi-équation : ex. Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu ⟹ n(Cu) = n(e⁻)/2.
6. Estérification et hydrolyse
Acide carboxylique + Alcool ⇌ Ester + Eau
Rendement : r = n_ester formé / n_ester théorique
Rendement : r = n_ester formé / n_ester théorique
- Réaction lente, limitée et athermique. L'hydrolyse est la réaction inverse.
- Rendement typique : ≈ 67% (alcool primaire, mélange équimolaire).
- Améliorer le rendement : excès d'un réactif, élimination de l'eau ou de l'ester.
- Accélérer (sans changer le rendement) : catalyseur (H₂SO₄), chauffage à reflux.
- Estérification totale : utiliser un anhydride d'acide ou un chlorure d'acyle à la place de l'acide.
- Saponification : ester + HO⁻ → carboxylate + alcool — rapide et totale (fabrication du savon).
⚠️ Pièges fréquents : oublier de convertir le volume en litres dans les concentrations · confondre taux d'avancement τ et temps de demi-réaction t½ · écrire l'eau dans le quotient de réaction · inverser anode et cathode entre pile et électrolyse.
Tableau d'avancement — méthode
| État | aA + bB | → | cC + dD |
|---|---|---|---|
| Initial (x=0) | n₀(A) · n₀(B) | 0 · 0 | |
| Intermédiaire | n₀(A)−ax · n₀(B)−bx | cx · dx | |
| Final | n₀(A)−ax_f · n₀(B)−bx_f | cx_f · dx_f |
x_max est donné par le réactif limitant : le premier qui s'annule.
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