La vitesse et l équilibre d une réaction
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- Brian Bilodeau
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1 Collège Voltaire, chimie 3ème, AIDE-MÉMOIRE La vitesse et l équilibre d une réaction TABLE DES MATIERES 1.A. Introduction B. Vitesse d'une réaction C. Équilibre D. Déplacement de l'équilibre D.1 Loi de Le Châtelier D.1 Influence de la concentration D.2 Influence de la température D.3 Influence de la pression E. Catalyseur...7 Site : login : eleve/ mot de passe : volt1234
2 1.A. Introduction Lorsqu'on étudie une réaction, il est important de connaître : - sa cinétique qui est l'étude des vitesses de réaction. - son équilibre qui, dans le cas d'une réaction réversible, nous renseigne sur les quantités de substances présentes. Les séries d'exercices avec les objectifs et le laboratoire de ce chapitre sont résumés ci-dessous. EXERCICES ET OBJECTIFS Série 2 Vitesse et équilibre d'une réaction Connaître les facteurs influençant la vitesse d'une réaction Comprendre le rôle d'un catalyseur Comprendre la signification de vitesse de réaction Série 3 Vitesse et équilibre d'une réaction Comprendre la signification d'équilibre et de constante d'équilibre Série 4 Vitesse et équilibre d'une réaction Déterminer la constante d'équilibre K et les concentrations Comprendre et utiliser la loi de Le Châtelier LABORATOIRES (Estérification) (Déplacement d'équilibre) p.2
3 1.B. Vitesse d'une réaction La vitesse d une réaction dépend de : 1) la nature des réactifs 2) La température 3) La concentration des réactifs pour les solutions ou les gaz 4) L état de division pour les solides et les liquides 5) La pression partielle pour les gaz 6) La présence éventuelle d un catalyseur Soit la réaction irréversible : H 2 + Br 2 2 HBr Pour cette réaction qui implique deux réactifs différents, la fréquence des collisions est proportionnelle aux concentrations des réactifs. Fréquence des collisions [H2] [Br 2 ] Une collision entre des réactifs n entraîne pas forcément la formation des produits, notamment dans les cas où il n y a pas suffisamment d énergie pour faire la réaction. Une constante k est introduite pour tenir compte des différents paramètres influençant la vitesse et on constate expérimentalement que la vitesse de cette réaction est donnée par : v = k [H 2 ] [Br 2 ] k est la constante de vitesse. Elle varie avec la température. Quelles sont les unités de la constante k dans ce cas? Généralisation Pour une réaction générale de la forme : α A + β B γ X + δ Y la vitesse de réaction est donnée par l'expression : v=k [ A] α [B] β Remarque : Seule l'expérience permet de vérifier que les exposants dans l'expression de la vitesse de réaction sont les mêmes que les coefficients de l'équation. p.3
4 1.C. Équilibre Pour une réaction générale de la forme : α A + β B γ X + δ Y k 1 [ A] α [B] β =k 2 [ X ] γ [Y ] δ et K= k 1 k 2 donc : K= [X ]γ [Y ] δ [ A] α [B] β K est la constante d'équilibre. Elle ne varie qu'avec la température. Elle se calcule facilement à partir des concentrations à l'équilibre. Remarques : 1) Si les substances sont toutes à l'état gazeux, on définit par analogie : K p = p γ δ x p y p α β A p B Si des substances sont à l'état gazeux, alors K ou K p peut varier avec la pression p sont les pressions partielles des gaz. p partielle = p totale fraction molaire p totale = p partielles 2) Tout en étant prudent lorsque le nombre de moles du système initial est différent de celui du système final, on peut dire lors d une réaction de type : A + B X + Y Lorsque la valeur de la constante est élevée, par exemple 1 3, les concentrations de X et Y sont beaucoup plus grandes que les concentrations de A et de B. On dit que l'équilibre est déplacé à droite. Lorsque la valeur de la constante est petite, par exemple 1 4, les concentrations de X et de Y sont beaucoup plus petites que les concentrations de A et de B. On dit que l'équilibre est déplacé à gauche. p.4
5 1.D. Déplacement de l'équilibre 1.D.1 Loi de Le Châtelier Tout système en équilibre cherche, en se déplaçant, à s'opposer à toute modification : - de concentration (ou pression partielle pour les gaz) - de température - de pression totale qui lui est imposée. 1.D.1 Influence de la concentration Exemple BiCl 3 + H 2 O BiOCl + 2 HCl a) Complétez le texte. Si l'on augmente la concentration de H 2 O, le système cherche à la faire disparaître; l'équilibre se déplace alors vers. jusqu'au nouvel équilibre. Les concentrations du système initial. et celles du système final.. b) Comment peut-on déplacer l équilibre vers la gauche? 1.D.2 Influence de la température Exemple 2 NO 2 N 2 O 4 gaz brun gaz incolore Si l'on augmente la température du système, il va s'y opposer en absorbant la chaleur qu'on lui fournit. a) Favorise-t-on la réaction endothermique ou exothermique? b) L équilibre est-il déplacé à gauche ou à droite? Que pourra-t-on observer? c) Si l'on diminue la température, l équilibre est-il déplacé à gauche ou à droite? p.5
6 1.D.3 Influence de la pression Exemple 1 N H 2 2 NH 3 La pression d'un gaz dépend directement du nombre de particules, donc du nombre de moles. L'augmentation de la pression déplace donc l'équilibre du côté où il y a le moins de moles de gaz et vice versa. a) Dans notre exemple, si l'on augmente la pression, l'équilibre sera-t-il déplacé à gauche ou à droite? b) Si l'on abaisse la pression l'équilibre,l équilibre sera-t-il déplacé à gauche ou à droite? Exemple 2 2 NO 2 N 2 O 4 a) Si l'on abaisse la pression l'équilibre,l équilibre sera-t-il déplacé à gauche ou à droite? b) Que pouvez-vous dire de la constante K si l on abaisse la pression? c) Voici la modélisation au niveau moléculaire des équilibres lorsqu on modifie la pression : basse Situation à l équilibre Situation à l équilibre à pression plus Vérifiez vos réponses précédentes. p.6
7 1.E. Catalyseur Un catalyseur est : sans effet sur la constante d équilibre K ou K p (pas de déplacement d équilibre) intact en fin de réaction, donc réutilisable et en petite quantité. Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction en abaissant la barrière énergétique. Il participe activement à la réaction en se liant aux réactifs, mais il est régénéré en fin de réaction.les catalyseurs sont très variés : ions, métaux, enzymes, etc. Exemple : 5H 2 C 2 O MnO H + 2 Mn CO H 2 O Catalyseur : Mn ++ Le temps de réaction est de moins d'une minute avec catalyseur et de plus de cinq minutes sans catalyseur. p.7
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