Chapitre I : CINETIQUE CHIMIQUE. Leçon I. Vitesse de réaction

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1 Chapitre I : CINETIQUE CHIMIQUE Leçon I. Vitesse de réaction Ex1. Questions sur le cours 1. Qu étudie la cinétique chimique?. Quelle est la particularité principale des réactions étudiées en cinétique chimique?. En quelle unité s exprime la itesse de formation ou de disparition d un corps?. Quelle est l influence de la température sur la formation ou la disparition d un corps? 5. Quelle est l influence de la concentration des réactifs sur la formation ou la disparition d un corps? 6. À quoi sert une «trempe» en cinétique chimique? 7. Quel est l intérêt d un congélateur en terme de cinétique chimique? 8. La itesse instantanée de formation ou de disparition d un réactif est-elle constante au cours du temps? À quel instant est-elle la plus grande? 9. Par quelles méthodes chimiques peut-on suire l éolution d une réaction? Quels en sont les inconénients? 10. Comment peut-on suire l éolution d une réaction sans perturber le milieu réactionnel? 11. Quelles sont les applications pratiques de l influence de la température sur la itesse d éolution des réactions? 1. La cinétique chimique étudie l éolution d une transformation en fonction du temps. Les réactions étudiées en cinétique chimique doient être lentes principalement.. L unité est en mol.l -1.s -1 ou mol.m -.s -1 ou mol.l -1.min -1. L'éléation de la température en général accélère la formation ou la disparition d un corps. 5. L augmentation de la concentration d un réactif en solution aqueuse ou de la pression d un réactif en milieu gazeux accélère la formation ou la disparition d un corps. 6. La «trempe» ou abaissement brutal de la température, sert à arrêter l éolution du système chimique. 7. Plus la température est basse, plus la itesse est lente, donc dans un congélateur la itesse de réaction est quasiment nulle. et l éolution du système s arrête. 8. La itesse instantanée de formation ou de disparition d un réactif est une fonction croissante de la concentration, donc elle est la plus grande quand la concentration est la plus grande c est à dire au début de la réaction. 9. Par dosages potentiométriques, acido-basiques. 10. Par des méthodes physiques sans prélèement de matière telles que la conductiité, la colorimétrie. 11. Conseration des aliments, médicaments par le froid. Plus grande rapidité d obtention des produits dans l industrie chimique.

2 Ex L ammoniac La combustion de l ammoniac dans le dioxygène donne du diazote et de l eau. À un instant t 1 donné, la itesse de formation du diazote est 0,7. 1 mol L. s N 1. Écrire l équation-bilan de la réaction ;. Quelle est la itesse de formation de l eau,à cet instant?. Quelle est la itesse de disparition de l ammoniac au même instant? 1. ( NH N +6 H e - ) ( O + e - + H + H O ) soit NH + O N +6 H O. il se forme trois fois plus d eau que de diazote, donc la itesse de formation de l eau,à chaque instant est trois fois plus grande que la itesse de formation du diazote : H O. aec N 0,7 mol.l.s N H 0,7 O H O 0,81mol.L.s. Vitesse de disparition de NH : d[ NH ] NH dt d [ NH ] d[ NH ] NH < 0 < 0 > 0 NH > 0 dt dt L ammoniac disparaît deux fois plus en quantité que n apparaît le diazote, donc : NH. N NH x 0,7 NH -0,5 mol.l -1.s -1

3 Ex. Vitesse d estérification: Pour étudier la cinétique de l estérification de l éthanol par l acide éthanoïque, on réalise un mélange équimolaire de ces deux réactifs. On répartit ce mélange en fractions égales dans des tubes que l on scelle et que l on place à l instant pris pour origine dans une étue (température 60 C). à un instant connu, on retire un des tubes de l étue et on le casse dans un bécher à la température ambiante. On dose alors l acide restant par une solution d hydroxyde de sodium de concentration connue. L équation-bilan est : CH COOH + CH CH OH CH COOCH CH + H O 1.Pourquoi fait-on le dosage à la température ambiante et non à 60 C?. Quel est le facteur cinétique mis en jeu?. Les dosages successifs permettent de tracer le graphe de la figure ci-dessous : a) définir la itesse instantanée de formation de l ester b) déterminer cette itesse aux instants t 1 0 min et t 80 min c) préciser quel est le facteur cinétique qui interient. 1. On fait le dosage à la température ambiante après un refroidissement brusque pour stopper la réaction d estérification pendant que l on réalise le dosage. Le facteur cinétique mis en jeu est la température.. a) La itesse instantanée de formation de l'ester à un instant t est égale à la dériée par rapport au temps de la concentration molaire de l'ester à cet instant : (t) d[ester] / dt ; cette itesse correspond à la pente de la tangente à la courbe au temps t 5

4 b) On peut considérer en première approximation que la itesse instantanée à l instant t est pratiquement égale à la itesse moyenne entre les instants (t- t) et (t + t) on note r la concentration de l ester : r0 r10 0,5 0, , mol.l -1.min r90 r70 0,5 0, , mol.l -1.min on peut aussi tracer la tangente et mesurer sa pente c) Le facteur cinétique est la concentration : la itesse diminue (pente de la tangente) aec la concentration du réactif. 6

5 Ex. On se propose d étudier la itesse de formation des ions magnésium dans l expérience suiante. À la date t 0, on laisse tomber 1 g de magnésium dans 0 ml d une solution d acide chlorhydrique de concentration C 0,1 mol.l -1. En suiant l éolution de la concentration des ions H + au cours du temps, on obtient le tableau de résultats suiant, où [H + ] est donnée en 10 - mol.l -1. t(min) [H + ] Donner l équation-bilan de la réaction étudiée.. Pourrait-on réaliser cette étude en utilisant de l acide nitrique à la place de l acide chlorhydrique? On donne E o (NO - /NO) 0,96V.. Déterminer l expression de la concentration des ions magnésium à une date t en fonction de la concentration des ions H + à cet instant. Calculer la aleur de la concentration des ions magnésium aux dates t min et t min.. Définir la la itesse moyenne de formation des ions magnésium entre les dates t et t. Calculer sa aleur. 5. Tracer le graphe donnant la concentration des ions magnésium en fonction du temps. Déterminer la itesse de formation des ions magnésium à la date t 5 min. 1. Mg + H + H + Mg +. Le potentiel du couple NO - /NO est supérieur à celui du couple H + /H : l ion nitrate est plus oxydant que l'ion H +. Aec l'acide nitrique l oxydation du magnésium ne serait plus sélectie puisqu elle pourrait se faire par H + et NO -. La cinétique ne pourrait plus être étudiée par la concentration en H +.. le nombre de mole de cations magnésium qui apparaissent est égal à la moitié du nombre de mole de cations hydrogène qui disparaissent ; le olume de la solution étant constant, on peut passer aux concentrations molaires : [ H+ ] 0 [ H+ ] i Mg+ i A t min : [ H+ ] 0 [ H+ ] (10,55)10 Mg+ [ Mg+ ] [Mg + ],.10 - mol.l -1 A t min : [ H+ ] 0 [ H+ ] (10,60)10 Mg+ [ Mg+ ] [Mg + ], mol.l -1. la itesse moyenne de formation des ions magnésium entre les dates t et t.est égale à la ariation de leur concentration diisée par l interalle de temps (t t.) + + [ Mg ] [ Mg ] (,0,)10 ( t,t ) (t, t ) t t, mol.l -1.min -1 7

6 5. la itesse instantanée de formation des ions magnésium à la date t 5 peut être obtenue par méthodes : a) elle est pratiquement égale à la itesse moyenne de formation des ions magnésium entre les dates t et t 6. [ Mg+ ] [ Mg+ ] (,68,0)10 6 t5 (t 6,t ) t5 t6 t 6 t5,0.10 mol.l 1. min b) elle correspond à la pente de la tangente à la courbe à l abscisse t 5 A t 7 min a mol.l -1 A t min a.10 - mol.l -1 7 (5 )10 a a t t t,5.10 mol.l 1. min t7 t 7 Les résultats diffèrent de %, ce qui correspond à l'approximation "itesse instantanéeitesse moyenne" et au tracé de la tangente. 8

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