CHAPITRE 2 Mécanismes réactionnels en cinétique homogène. Partie 1

Transcription

1 Partie I : Transformation de la matière Partie 2- Evolution temporelle d un système chimique et mécanismes réactionnels. CHAPITRE 2 Mécanismes réactionnels en cinétique homogène. Partie 1 Notions et contenus Capacités exigibles (CE) A ECA NA Actes élémentaires, molécularité, intermédiaire réactionnel, état de transition. Mécanismes limites des substitutions nucléophiles aliphatiques. Interprétation du rôle du catalyseur. Distinguer l équation chimique symbolisant une réaction chimique de l équation traduisant un acte élémentaire. Exprimer la loi de vitesse d un acte élémentaire. Distinguer un intermédiaire réactionnel d un complexe activé (état de transition). Tracer un profil énergétique correspondant à un acte Elémentaire ou à plusieurs actes élémentaires successifs. Reconnaître un effet catalytique dans un mécanisme réactionnel. Mécanismes réactionnels et œnologie : 1

2 I- Actes élémentaires, molécularité. Document 1 : Un exercice corrigé 2

3 Document 2 : Réaction chimique VS acte élémentaire Etudiant la synthèse du bromure d hydrogène à partir du dihydrogène et du dibrome, Bodenstein propose, en 1906, un mécanisme faisant apparaître plusieurs espèces radicalaires (radicaux) : Document 3 : Acte élémentaire et loi de Van t Hoff Travail à faire : 1- Définir un acte élémentaire : 2- Définir la molécularité d un acte élémentaire : 3- Donner l équation chimique symbolisant la réaction chimique de la formation du bromure d hydrogène : BO : Distinguer l équation chimique symbolisant une réaction chimique de l équation traduisant un acte élémentaire. 4-Appliquer la loi de Van t Hoff aux actes élémentaires de la synthèse du bromure d hydrogène et préciser la molécularité de ces actes élémentaires : BO : Exprimer la loi de vitesse d un acte élémentaire. 3

4 II- profil énergétique d un acte élémentaire, état de transition, la substitution nucléophile bimoléculaire (SN2). Document 1 : Vidéo des chroniques scientifiques des poulets Document 2 : Energie potentielle du système réactionnel 4

5 Document 3 : Chemin réactionnel, profil énergétique et état de transition 5

6 Document 4 : Vidéo of University Of Surrey (about the SN2) Travail à faire : 1- Donner l équation de la réaction élémentaire décrite par la vidéo du document 4. Justifier le nom de substitution nucléophile et donner sa loi de vitesse. 2- Donner le mécanisme de la réaction : 6

7 3- Compléter le profil énergétique de cet acte élémentaire : BO : Tracer un profil énergétique correspondant à un acte élémentaire. 4- Donner la structure de l état de transition (ou complexe activé), pourquoi est il très instable? : 7

8 III- Mécanismes réactionnels, Intermédiaires réactionnels, la substitution nucléophile monomoléculaire (SN1). Document 1 : Réactions complexes Document 2 : Vidéo of University Of Surrey (about the SN1) Travail à faire : 1- Définir la notion d intermédiaire réactionnel. 2- Donner la nature de l intermédiaire réactionnel (IR) du mécanisme de la SN1, le dessiner. 8

9 3- Donner l équation de la réaction de la SN1. L expérience montre que la vitesse d une telle réaction admet un ordre 0 pour les nucléophile et un ordre 1 pour l halogénoalcane. Donner son expression, Une telle réaction est-elle un acte élémentaire? 4- Proposer un mécanisme en deux actes élémentaires pour la SN1. 5- Tracer le profil énergétique de la SN1, y faire apparaître les réactifs, les produits, le(s) état(s) de transition et l IR. BO : Tracer un profil énergétique correspondant à plusieurs actes élémentaires successifs. BO : Distinguer un intermédiaire réactionnel d un complexe activé (état de transition). 9

10 5- compléter le tableau suivant : BO : Distinguer un intermédiaire réactionnel d un complexe activé (état de transition). Conclusion : 6- Application : Synthèse du bromométhane 10

11 IV- Influence d un catalyseur. Document 1 : Vidéo sur l influence du catalyseur sur la vitesse Document 2 : 11

12 Document 3 : Catalyse et industrie Document 4 : La catalyse hétérogène 12

13 Document 5 : La catalyse homogène Document 6 : La catalyse enzymatique 13

14 Travail à faire : 1-Citer les trois grands types de catalyse. 2- A propos de la catalyse enzymatique : Décrire la modification que subit le chemin réactionnel par rapport à celui de la réaction non catalysée. Expliquer en quoi la vitesse est augmentée. BO : Reconnaître un effet catalytique dans un mécanisme réactionnel. 3- A propos de la catalyse homogène : Décrire la modification que subit le chemin réactionnel par rapport à celui de la réaction non catalysée. Expliquer en quoi la vitesse est augmentée. BO : Reconnaître un effet catalytique dans un mécanisme réactionnel. ATTENTION! 14

15 Partie I : Transformation de la matière Partie 2- Evolution temporelle d un système chimique et mécanismes réactionnels. CHAPITRE 2 Mécanismes réactionnels en cinétique homogène. Partie 2 Notions et contenus Capacités exigibles A ECA NA Étape cinétiquement déterminante, approximation de l état quasi-stationnaire (AEQS). Approche numérique : utiliser les résultats d une méthode numérique pour mettre en évidence les approximations de l étape cinétiquement déterminante ou de l état quasi-stationnaire. Reconnaitre les conditions d utilisation de l approximation de l étape cinétiquement déterminante ou de l état quasi-stationnaire. Etablir la loi de vitesse ou de disparition d un réactif ou de formation d un produit à partir d un mécanisme réactionnel simple en utilisant éventuellement les approximations classiques V- Etude cinétique des mécanismes réactionnels Approche numérique. Lors de quelques réactions, le passage des réactifs aux produits se fait en une seule étape : il se réduit à un seul acte élémentaire. Mais la plupart du temps, les réactions mettent en œuvre plusieurs actes élémentaires qui se succèdent. Ces réactions sont dites complexes. Le travail du chimiste va consister à établir cette succession d actes élémentaires qui vont permettre de transformer les réactifs en produits, comme nous le constatons «macroscopiquement». Alors, comment valider cette succession d actes élémentaires? : Tout d abord, par la mise en évidence d intermédiaires réactionnels que l on détecte par des méthodes spectroscopiques. Et d autre part, par les lois cinétiques qui seront déduites de la succession d actes élémentaires, lois que l on confronte à l expérience et que l on valide. On exploite une approche numérique de la réaction complexe A C formé des actes élémentaires consécutifs : A B de constante de vitesse k 1 B C de constante de vitesse k 2 BO : utiliser les résultats d une méthode numérique pour mettre en évidence les approximations de l étape cinétiquement déterminante ou de l état quasi-stationnaire. Document 1 : Représentation graphique 15

16 Document 2 : Cas particulier n 1 16

17 Document 3 : Cas particulier n 2 Document 4 : résultats numériques des trois situations 17

18 Document 5 : Approximations Travail à faire : 1-Identifier réactif, produit et intermédiaire réactionnel dans le mécanisme proposé. 2- À propos du cas particulier n 1 : 1. Comparer la concentration maximale en IR par rapport à la concentration initiale du réactif ; 2. Que peut-on dire sur l apparition, la disparition et l accumulation de l IR dans le milieu? 3. Que peut-on dire sur la formation du produit, 4. Identifier, s il y en a une, l étape cinétiquement déterminante (ECD) 5. Associer un groupe de résultats numériques à cette situation BO : Reconnaitre les conditions d utilisation de l approximation de l étape cinétiquement déterminante. 18

19 3- À propos du cas particulier n 2 : 1. Comparer la concentration maximale en IR par rapport à la concentration initiale du réactif ; 2. Que peut-on dire sur l apparition, la disparition et l accumulation de l IR dans le milieu? 3. Que peut-on dire sur la formation du produit, 4. Identifier, s il y en a une, l étape cinétiquement déterminante (ECD) 5. Associer un groupe de résultats numériques à cette situation BO : Reconnaitre les conditions d utilisation de l approximation de l étape cinétiquement déterminante. 4-Peut-on appliquer l approximation de l état quasi-stationnaire (AEQS) à une des situations précédentes? BO : Reconnaitre les conditions d utilisation de l état quasi-stationnaire. 19

20 VI- Détermination de la loi de vitesse à partir d un mécanisme réactionnel. BO : Reconnaitre les conditions d utilisation de l approximation de l étape cinétiquement déterminante. BO : Etablir la loi de vitesse ou de disparition d un réactif ou de formation d un produit à partir d un mécanisme réactionnel simple en utilisant éventuellement les approximations classiques 20

21 BO : Etablir la loi de vitesse ou de disparition d un réactif ou de formation d un produit à partir d un mécanisme réactionnel simple en utilisant éventuellement les approximations classiques 21

22 BO : Reconnaitre les conditions d utilisation de l état quasi-stationnaire. BO : Etablir la loi de vitesse ou de disparition d un réactif ou de formation d un produit à partir d un mécanisme réactionnel simple en utilisant éventuellement les approximations classiques 22