TD 2 Cinétique chimique

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1 TD Cnéque chmque Exercce Oxydaon de l ammonac L ammonac peu s oxyder ; l équaon sœchomérque de la réacon peu s écrre : 4 NH + 5 O NO + 6 H O S a un momen donné, l ammonac dsparaî à la vesse de, mol.l -.s -, - à quelle vesse le doxygène dspara-l? - à quelle vesse l eau se forme--elle? - quelle es, à ce momen là, la vesse de réacon? [ NH d[ O d[ NO d[ H O d v 4 d 5 d d 6 d d[ NH > 4v avec 4v, mol.l -.s - > v,5 mol.l -.s - d d[ O 5v > la vesse de dsparon du doxygène es de,5 mol.l -.s - d d[ H O 6v > la vesse de formaon de l eau es de, mol.l -.s - d La vesse de la réacon es à ce momen là : v,5 mol.l -.s -. Exercce Ordre parels de réacon Le ableau c-dessous donne la vesse nale mesurée, à 7 C, pour la réacon don l équaon sœchomérque s écr : NO + Br NOBr, dans cnq expérences où on fa varer la concenraon nale des réacfs. Quels son les ordres parels (naux par rappor à NO e Br? Quelle es la valeur de la consane de vesse? N de l expérence 4 5 [NO / mol.l -,,,,, [Br / mol.l -,,,,, Vesse nale (mol.l -.s Tableau La lo de vesse es donnée par : v k[ NO a [ Br b On remarque que s on mulple par la quané de Br, la vesse nale es égalemen mulplée par. De même, s on mulple par la quané de Br, la vesse nale es égalemen mulplée par. On en dédu que l ordre parel de la réacon par rappor à Br es égale à : b. On remarque que s on mulple par la quané de NO, la vesse nale es mulplée par 4. De même, s on mulple par la quané de NO, la vesse nale es mulplée par 9. On en dédu que l ordre parel de la réacon par rappor à NO es égale à : a. On peu calculer k à parr des condons de l une des 5 expérences : v, Expérence : k NO Br,, mol -.L.s - [ [ [ [

2 v 8 Expérence 5 : k NO Br,, mol -.L.s - [ [ [ [ On do rouver le même résula quelle que so l expérence chose. Aenon à l uné de k!!! Exercce Décomposon de l eau oxygénée La cnéque de la réacon de décomposon du peroxyde d hydrogène H O (eau oxygénée en eau H O e en doxygène O (équaon chmque c-dessous es éudée en soluon aqueuse à K. H O (aq H O (l + / O (g Le volume de la soluon consdérée es consan e égal à 5, ml. On suppose que la soluon es déale. Les valeurs de la concenraon en H O déermnées au cours du emps son reporées dans le ableau. / mn 4 46, [H O / mol.l -,887,698,47,5 Tableau Eablr la relaon enre l avancemen de cee réacon e la concenraon de H O dans la soluon. Exprmer la quané de O formé en foncon de l avancemen de cee réacon. ( nh O ( nh O [ H O [ H O ξ ( n O ( n ξ ξ V ([ H O [ H O V ξ ξ + O Calculer la valeur de l avancemen maxmal de cee réacon. Calculer la valeur de la quané de O formé lorsque la décomposon es ermnée. [H O ξ max [H O x V,5 mol max,5 ( n ξ O,75 mol max On suppose que l ordre global de cee réacon es égal à. Donner l expresson de la lo de vesse de la réacon consdérée. d[ H O vesse k ([ H O d 4 Déermner l expresson de la concenraon en H O en foncon du emps. [ H O d[ H O [ [ k d H O HO ln ([ H O k + ln( [ H O [ H O [ H O exp[ k 5 A parr des données du ableau, calculer la valeur de la consane de vesse de cee réacon. Que peu-on en conclure?

3 On peu racer ([ O ln en foncon de. On oben une droe (ce qu confrme que la réacon H es d ordre par rappor à la concenraon en H O don la pene es égale à k. On oben : k, mn -. Ou on peu obenr k par le calcul. On rouve une valeur de k pour chaque valeur de en calculan : ln( [ H O ln( [ H O k Vor ableau c-dessous. / mn 4 46, [H O / mol.l -,887,698,47,5 k / mn - /,,,, La valeur de k es consane au cours de la décomposon de H O. L ordre de la réacon es ben égal à par rappor à H O. 6 A parr des données du ableau, calculer les valeurs de la vesse de la réacon aux dfférens emps. Que peu-on en conclure? On ulse la relaon : vesse k ([ H O. On oben les valeurs données dans le ableau cdessous. / mn 4 46, [H O / mol.l -,887,698,47,5 v / mol.l -.mn -,,7,, 7,5 - La vesse de la réacon dmnue au cours de la décomposon de H O. 7 Eablr l expresson e calculer la valeur du emps de dem-réacon de cee réacon. [ H O / : [ H O ln( ln( /, mn k, Exercce 4 Dsmuaon de l on hypochlore Au cours du emps, l eau de Javel perd son pouvor neoyan à cause de la dmnuon de sa concenraon en ons hypochlore ClO -. Ces ons, à l orgne des propréés oxydanes de l eau de Javel, subssen une dsmuaon lene. La cnéque de cee réacon de dsmuaon (équaon cdessous es éudée en soluon aqueuse à 4 K. ClO - (aq / ClO - (aq + / Cl - (aq L ordre global de la réacon consdérée es égal à. La concenraon nale de ClO - es égale à, mol.l -. On suppose que la soluon es déale. Donner l expresson de la lo de vesse de la réacon consdérée. d[ ClO d[ ClO d[ Cl vesse + + k ([ ClO d d d Déermner l expresson de la concenraon en ClO - en foncon du emps. d[ ClO k ([ ClO d

4 d[ ClO k d ([ ClO [ ClO d[ ClO ([ ClO [ ClO ClO [ [ ClO k d k A 4 K, la consane de vesse de la réacon consdérée es égale à, - mol -.L.s -. Calculer le emps de dem-réacon de la réacon consdérée à 4 K. + k / ClO ClO [ [ [ / 6 s k ClO,, 4 L énerge d acvaon de la réacon consdérée es égale à 47 kj.mol -. Calculer la consane de vesse de la réacon consdérée à 6 K. Calculer le emps nécessare pour consommer % de la quané nale de ClO - à 6 K. ( k A exp 6 K R 6 ( k A exp ( k ( k 4 K 6 K 4 K R 4 A exp R 6 exp E exp R a A R (, exp 6 6 k 6 K 7,7 - mol -.L.s - 8, k,7 ClO ClO [ [, s k [ ClO,7 7,7, Donnée : R 8,4 J.mol -.K -. Exercce 5 Réacon de saponfcaon On éude la cnéque de la réacon suvane en soluon aqueuse à 98 K. CH COOCH (aq + OH - (aq CH COO - (aq + CH OH (aq Le volume de la soluon consdérée es supposé consan. On suppose que la soluon es déale. L ordre parel de cee réacon par rappor à CH COOCH es égal à, de même l ordre parel de cee réacon par rappor à OH - es égal à. Donner l expresson générale de la lo de vesse de cee réacon.

5 vesse d [ CH COOCH d[ HO k ([ CH COOCH ([ HO d d Dans la soluon consdérée, les concenraons nales de CH COOCH e de OH - son égales à, mol.l -. Donner la relaon enre la concenraon de CH COOCH e la concenraon de OH - à ou nsan au cours de la réacon. Exprmer la lo de vesse de cee réacon dans les condons choses. [ CH COOCH [ HO d[ CH COOCH d[ HO vesse k ([ CH COOCH k ([ HO d d Donner l expresson de la concenraon de CH COOCH en foncon du emps dans les condons choses. d[ CH COOCH k ([ CH COOCH d d[ CH COOCH k d CH COOCH ([ COOCH d[ CH COOCH ([ CH COOCH [ CH [ CH COOCH [ CH COOCH [ CH COOCH k d k 4 En 4 mnues, la moé de la quané nale de CH COOCH a éé consommée dans les condons choses. Calculer la valeur de la consane de vesse de la réacon consdérée. k CH COOCH CH COOCH [ [ k [ CH COOCH 4,5 mol -.L.mn - 5 A 98 K, la consane de vesse de la réacon consdérée es égale à,5 mol -.L.mn -. Calculer le emps nécessare pour consommer le ers de la quané nale de CH COOCH. [ CH COOCH [ CH COOCH k k [ CH COOCH,5 mn Exercce 6 Consane de vesse apparene La cnéque de la réacon suvane : C H 4Br ( aq + KI( aq C ( H 4 g + KBr( s + KI ( aq es éudée en soluon aqueuse à 6 C. Le volume de la soluon es supposé consan. Les concenraons molares nales de C H 4Br e de KI dans la soluon son respecvemen égales à mol.l - e, mol.l -. Les valeurs de la concenraon molare de KI déermnées au cours du emps son reporées dans le ableau. / mn [ KI / mol.l - -,7-8, - 5,8 -, -

6 Tableau Donner l expresson de la lo de vesse de la réacon. On appelle k la consane de vesse de la réacon. On noe a l ordre de la réacon par rappor à C H 4Br e b l ordre de la réacon par rappor à KI. d[ CH 4Br d[ KI a v( k ([ C H Br ([ b 4 KI d d On consdère que C H 4Br es en excès par rappor à KI. Que peu-on en conclure pour la concenraon molare de C H 4Br? [ C H 4Br >> [ KI e [ C H Br [ C H Br C 4 4 Exprmer la lo de vesse de la réacon dans ces condons. On appelle k la consane de vesse apparene de la réacon dans ces condons. Donner la relaon enre k e k. d[ KI a b v ( k ([ C H Br ([ KI ([ b 4 KI d ' k C H Br ([ a k 4 4 On consdère que la cnéque de la réacon es d ordre par rappor à KI. Donner l expresson de la varaon de la concenraon molare de KI en foncon du emps. v d [ KI ( d ([ KI [ KI d[ KI [ [ d KI KI [ KI ln [ KI [ KI [ KI exp( 5 La lo expérmenale de varaon de ([ KI es : ln( [ KI,9 (, Calculer la consane de vesse k. ln( [ KI ln [ KI,9, k ', mn - ( (,. ln en foncon du emps (exprmé en mnues 6 Eablr l expresson du emps de dem-réacon de la réacon. Calculer le emps de dem-réacon de la réacon. / : [ [ KI KI [ KI [ KI exp( / ln( ln( /, mn x, 7 L énerge d acvaon de la réacon es égale à 8 kj.mol -. La consane de vesse k es égale à, mn - à 6 C. Calculer la consane de vesse k à C.

7 6 C : Fp exp R C : Fp exp R 9 F F p p exp R 9 exp E exp R a R C : k ', exp,54 - mn - 8,4 9 8 L ordre de la réacon par rappor à C H 4Br es égal à. Calculer la consane de vesse k à 6 C e à C. ' k C H Br ([ a k 4, 6 C : k 5 - mol -.L.mn - C H Br [ 4,54 C : k 7,7-4 mol -.L.mn - C H Br [ 4 Exercce 7 Pour aller plus lon La cnéque de la réacon : Fe ( aq + Co ( aq Fe ( aq + Co ( aq es éudée en soluon aqueuse à 5 C. Le volume de la soluon es supposé consan. La consane de vesse de la réacon es égale à 8, mol -.L.s -. Donner l expresson de la lo de vesse de la réacon. + + d[ Fe d[ Co + a + v k ([ Fe ([ b Co d d La cnéque de la réacon es éudée respecvemen dans deux mélanges dfférens : Fe + Co +,5 mol.l - - mélange A : [ 5, -4 mol.l - ; [ - mélange B : [ Fe + 5, -4 mol.l - ; [ Co +, mol.l - Smplfer l expresson de la lo de vesse de la réacon dans les deux mélanges. + + Co >> Fe [ [ e [ Co [ + Co + C + d[ Fe + a + b + v( k ([ Fe ([ ([ a Co Fe d + k ([ Co b A 5 C, la consane de vesse apparene de la réacon es égale à 4,9 s - pour le mélange A e 8,8 s - + pour le mélange B. Calculer l ordre parel de la réacon par rappor à Co. + ( ( [ b A k Co A + ( ( [ b B k Co B + b ( ([ A Co A ( k + ' ([ Co B B

8 ( ( A 4,9 ln ln B 8,8 b + ( [ Co ([,5 A ln ln + Co, B 4 L ordre global de la réacon es égal à. Calculer l ordre parel de la réacon par rappor à + Fe. a + b a b 5 La cnéque de la réacon es éudée à 5 C dans un mélange conenan ml d une soluon + aqueuse de Fe de concenraon égale à - mol.l - + e ml d une soluon aqueuse de Co de concenraon égale à - mol.l - +. Exprmer la varaon de la concenraon molare de Fe en foncon du emps dans le mélange consdéré. + + d[ Fe d[ Co v k ([ Fe ([ ([ Co k Fe d d + d[ Fe + v k ([ Fe d + [ Fe + d[ Fe + [ ([ k d + Fe Fe + k + + Fe Fe [ [ + 6 Calculer la concenraon molare des ons Fe après mnues de réacon dans le mélange consdéré. + k + + [ Fe [ Fe + [ Fe 8,6-5 mol.l - + k + ( 8, + 4 Fe 5. [

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