PAES UE1 - Chimie Générale CINETIQUE CHIMIQUE (CORRIGE)

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1 PES E - Chimie Générale CINETIQE CHIMIQE (CORRIGE) Viesse e réacion Paramères cinéiques Définiions - Equaions cinéiques Quelle es l unié une viesse e réacion?. mol.l -.s. s - C. L.mol -.s - D. mol.l -.s - E. mol.l -.s - Si la réacion se éroule ans une enceine fermée e volume consan, la viesse e réacion s exprime en foncion es concenraions : v i v ν ν i v : viesse e réacion (en mol.l -.(emps) - ) graneur insananée, inensive, posiive i : concenraion u réacan i (en mol.l - ) ν i : coefficien soechiomérique algébrique e i (< pour un réacif, > pour un proui) L unié correce es onc mol.l -.s - Remarque : la viesse peu égalemen s exprimer en mol.l -.min - ou en mol.l -.h - Réponse : D i i v C? Quel es l orre global e la réacion on l expression e la viesse es :. /. 3/ C. D. 3 E. Pas orre global L orre global une réacion es la somme es orres pariels : orre global orres pariels 3 3 Remarque : la réacion es orre pariel ½ par rappor à, 3/ par rappor à e par rappor à C. Réponse : D

2 3 n méicamen, présen iniialemen ans le sang à la concenraion e,6 mol.l - voi sa concenraion omber à,5 mol.l - après 5 min. Sachan que cee écomposiion obéi à une cinéique orre, que valen la consane e viesse () e le emps e emi-réacion (½)?.,7 min - e,4 min.,7 min - e 59, min C., min - e 59, min D., min - e 85,5 min E.,67 min - e 6,5 min Cinéique orre : ln ln soi: exp( a) a Réacion e écomposiion : méicamen prouis (a) Consane e viesse : On a onc : Soi : ln ln ln ln ln(,6) ln(,5),7 min 5 Temps e emi-réacion : Réacion orre : ln ln ln / onc : / 59, min a,7 Réponse : Déerminaion e l orre une réacion 4 6 La réacion es éuiée à 9 C. Les résulas expérimenaux son les suivans : (heures) (mol.l - ),,,,5,4 4 - Quel es l orre global e cee réacion?.. C. D. - E. Ne peu êre éerminé 5 - Quelle es la valeur e la consane e viesse?., L.mol -.h -. h - C. L.mol -.h - D. mol -.L.h - E., h Quelle es la valeur u emps e emi-réacion ½ (en h)?

3 .,. C. D. E., n seul réacif, viesse e la réacion : α v L énoncé onne l évoluion e la concenraion u réacif en foncion u emps. On éermine onc l orre e la réacion à parir es équaions cinéiques, par une méhoe graphique ou numérique. - Méhoe numérique : On calcule la consane e viesse pour ifférens couples (, ). L orre es éerminé lorsque es consane (3 calculs concorans suffisen). Orre Orre Orre (h) (mol.l - ),,,5,,, 4 ln ln ln(,) ln(,), 4 4 4,,,,5,6,6 La réacion es onc orre e la consane e viesse vau L.mol -.h -. - Méhoe graphique : On race les graphes f(), ln()f() e /f(). Celui onnan une roie perme e conclure sur l orre e la réacion (régression linéaire). Orre : f(). (h) (mol.l - ) ln() / (mol.l - ) (h)

4 ln() (mol.l - ) Orre : ln()f() (h) / (L.mol - ) Orre : /f() 3 y x R 3 (h) Seul le graphe /f() es une roie, onc la réacion es orre. La pene e la roie vau a (a), où L.mol -.h -. Réacion orre : / a onc :, h / Réponses : 4C, 5C, Soi la réacion équaion : forme : v Fe Hg p q. 3 Hg Fe Hg Fe On cherche à éerminer les valeurs e p e q. Pour cela on réalise expériences :. La viesse e cee réacion es e la Expérience : on fai varier les valeurs es concenraions iniiales es réacifs mais oujours e sore que Fe Hg réacif iminue e moiié. Expérience : pour. On rouve que le emps e emi-réacion ouble quan la concenraion iniiale en Fe >> Hg, on rouve que ln Hg f ( ) Iniquer la(les) réponse(s) exace(s).. L orre global e la réacion es. L orre global e la réacion es C. L orre pariel par rappor à Fe es D. L orre pariel par rappor à Hg es E. L orre pariel par rappor à Hg es Expérience : éerminaion e l orre global e la réacion par le emps e emi-réacion es une roie écroissane. D après l équaion-bilan, mole e Hg réagi avec mole e Fe, e Fe Hg onc Fe Hg pour ou. L expression e la viesse e réacion peu onc se simplifier : v p q p q p q Fe Hg Fe Hg expression ienique à celle un sysème à un seul réacif ½ es proporionnel à / réacion orre global : p q

5 Expérience : éerminaion es orres pariels par égénérescence e l orre Fe >> Hg : Fe cse Fe Viesse e réacion : avec p Fe ' p q q v Fe Hg ' Hg : consane e viesse apparene ln Hg f ( ) es une roie écroissane onc la réacion es orre par rappor à Hg : q On en éui : p q la réacion es orre par rappor à Fe. Réponses : e E

6 Loi rrhenius Energie acivaion 8 9 On éuie la réacion suivane : C, à 98 K. L énergie acivaion es égale à 9 J.mol -. On mesure le emps e emi-réacion en foncion e la concenraion iniiale e. Les résulas son : (mol.l - ),8,9,5,65,98 ½ (min) Quelle es la valeur e la consane e viesse à la empéraure e l expérience?.,5 min -. 5,x - L.mol -.min - C. 5, min - D.,5 L.mol -.min - E. 5,x - L.mol -.h - Viesse e la réacion : α v - Méhoe numérique : On calcule la consane e viesse pour ifférens couples (½, ). L orre es éerminé lorsque es consane (3 calculs concorans suffisen). Orre Orre Orre (mol.l - ),8,5,98 ½ (min) 7 39,,6,4 / ln,,8,35 /,5,5,5 / La réacion es onc orre e la consane e viesse vau,5 L.mol -.min -. - Méhoe graphique : On voi que ½ iminue quan augmene, on peu onc supposer que la cinéique es orre. Cinéique orre : / a On race onc ½ f(/ ) e on obien une roie e pene /a (ici a). La réacion es onc bien orre e la consane e viesse vau :,5 L. mol. min 5, L. mol pene 9,68.min Réponses : e D

7 / f(/ ) / (min) y 9.68x -.49 R 3 4 / (L.mol - ) 9 Quelle es la consane e viesse e cee réacion à C?. 75,8 L.mol -.min -. 7,6x - L.mol -.min - C. 75,8 min - D. 7,6x - L.mol -.h - E. 7,58 h - Loi rrhenius sous forme inégrale : ( T ) E exp RT a Noons T 98 K e T C373 K. a éé éerminé ans la quesion précéene, on cherche à calculer. Ea ln ln RT D où : E ln ln Ea RT Par sousracion : a ln R T T 9 a exp,5 exp 75,8 L. mol. min R T T 8, > : l augmenaion e la empéraure enraîne une augmenaion e la viesse Réponse : E 4 En présence eau, l urée (noée ) se ransforme e façon irréversible en isocyanae ammonium selon une réacion u er orre quelle que soi la empéraure. eux empéraures ifférenes e pour ifférens emps, on a mesuré le rappor enre la concenraion en urée e sa concenraion iniiale. On en ire les résulas ci-essous : (min) X (x -4 ) à 37 C -,5 -,5-3,75-5, -6,5 X (x -3 ) à 4 C -,75-3,5-5,5-7, -8,75 Parmi les équaions ci-essous, la(les)quelle(s) s applique(n) à cee réacion?. X ln

8 . X ln C. X ln D. X ln E. X ln Réacion orre : Ici a onc : ln ln a ln ln soi : ln D après le ableau e onnées, X es négaif. Or la concenraion en urée iminue (écomposiion) onc : Réponse : E < ln < La valeur e la consane e viesse (en min - ) à 37 C es :.,5x -.,5x -4 C.,5x -5 D. 3,5x -4 E. 3,5x -5 Méhoe numérique : X ln X ln X (min) X (x -4 ) à 37 C -,5 -,5-3,75-5, -6,5 (x -4 ),5,5,5,5,5 On peu se conener une seule valeur, par exemple à min (calcul simple) : 4,5 5,5 min Remarque : X es sans unié (rappor e concenraions) onc s exprime en emps - (ici en min - ) Méhoe graphique : On race le graphe X f() : on obien une roie e pene.

9 Xf() à 37 C Xln(/) (x -4 ) y -.5x R (min) On rouve onc :,5x -5 min - Réponse : C La valeur e la consane e viesse (en min - ) à 4 C es :.,5x -.,5x -4 C. 3,5x - D. 3,5x -4 E. 3,5x -5 Méhoe numérique : X ln X (min) X (x -3 ) à 4 C -,75-3,5-5,5-7, -8,75 (x -3 ),35,35,35,35,35 On peu se conener une seule valeur, par exemple à min (calcul simple) : 3 3,5 4 3,5 min Remarque : X es sans unié (rappor e concenraions) onc s exprime en emps - (ici en min - ) Méhoe graphique : On race le graphe X f() : on obien une roie e pene.

10 Xf() à 4 C Xln(/) (x -3 ) y -.35x R (min) On rouve onc : 3,5x -4 min - Réponse : D 3 Que vau l énergie acivaion e cee réacion?. 43 J.mol J.mol - C. -43 J.mol - D. -43 J.mol - E. 43 J.mol - On peu calculer l énergie acivaion une réacion à parir e valeurs e la consane e viesse ( e ) obenues à empéraures ifférenes (T e T ) : Par sousracion on obien : Ea ln ln RT Ea ln ln RT ln E R T T a soi : E a T T R T T ln T 37 C 3 K,5x -5 min - T 4 C 35 K 3,5x -4 min - E a 4 T T ,5 R ln 8,34 ln 485 J. mol 43 J. mol 5 T T 35 3,5 L énergie acivaion es une graneur posiive. Réponses : e 4 Que vau le faceur préexponeniel (en min - ) e cee réacion? C. 68 D. -75 E. 65

11 Ea T ) exp RT ( où : ( T ) E exp RT a E exp RT , min a,5 43 exp 8,34 3 (même unié que ) Réponse : C 5 Les colles qui résulen u mélange e eux ingréiens on es emps e urcissemen qui son épenans e la empéraure. On peu lire sur l éiquee : «Temps e urcissemen à C : heures, à 5 C : heure». En supposan que les lois e urcissemen e ces colles suiven les lois classiques e la cinéique chimique, quel sera le emps e urcissemen à C?. min. 3 min C. min D. h E. 5 h Le emps e urcissemen es inversemen proporionnel à la viesse e urcissemen. On commence par éerminer l énergie acivaion à parir es onnées fournies. D après la loi rrhenius : E a T T R T T ln T C 93 K, T 5 C 33 K e Donc : E a T T T T. R ln 8,34 ln 6,4 J mol Noons 3 la consane e viesse à la empéraure T 3 C 373 K ln Ea R T T3 3 3 E 64 exp a exp,4 R T T3 8, Le urcissemen es environ fois plus rapie à C qu à 5 C : le emps e urcissemen es onc ivisé par. Réponse : min

12 Réacions élémenaires - Mécanisme réacionnel 6 Soien eux réacions élémenaires simulanées () e () caalysées par la même enzyme, avec e leurs consanes e viesse respecives : () () C 6 Parmi les proposiions suivanes, quelle es l expression e la viesse e ispariion e l espèce? v v v v. v. C. D. E. Viesse e ispariion e : v v v es consommé via les réacions () e (): Les réacions () e () son es réacions élémenaires : l orre par rappor à chaque réacif es égal à son coefficien soechiomérique. On a onc : v Réponse : D v v 7 Parmi les proposiions suivanes, quelle es l expression e la viesse appariion e l espèce -? v v v. v. C. D.

13 E. v Viesse appariion e - : v v v - es formé via la réacion () e consommé via la réacion (): Les réacions () e () son es réacions élémenaires : l orre par rappor à chaque réacif es égal à son coefficien soechiomérique. v v On a onc : v Réponse : E 8 Dans le care e l EQS, quelle équaion relie e -?.. C. D. E. pproximaion e l éa quasi-saionnaire (EQS) Dans le cas où l inerméiaire I se forme beaucoup moins rapiemen qu il ne isparaî ( << ), on peu uiliser l approximaion e l éa quasi-saionnaire (EQS) pour simplifier l expression e la viesse e réacion. En effe, la concenraion e l inerméiaire I rès réacif rese rès faible e quasi-consane au cours u emps, ce qui se raui mahémaiquemen par : I En appliquan l EQS à l inerméiaire - on a onc : Donc : Réponse : C Soi : 9 Parmi les proposiions suivanes, quelle es la nouvelle expression e la viesse e ispariion e l espèce? On noe T la concenraion oale en espèce ( T - )?

14 . T v. T v C. T v D. T v E. T v (QCM8) T T Donc : T Viesse e ispariion e : v (QCM6) On remplace e - par leur expression en foncion e T : T T T v Réponse : Quelle(s) es(son) la(les) proposiion(s) exace(s) parmi les suivanes?. La loi cinéique régissan ce sysème es orre. La loi cinéique régissan ce sysème es orre C. La loi cinéique régissan ce sysème es orre D. La loi cinéique régissan ce sysème ne peu êre éerminée E. ucune bonne réponse v app T car T consane orre Réponse : Sachan que e valen respecivemen 6 L.mol -.s - e 7 L.mol -.s -, e que T -6 mol.l -, quel es le emps e emi-vie (en secones) e l espèce?.,.,4

15 C. D. 4 E. Cinéique orre : / ln Ici : ln ln ln /,38 s 6 7 app 6 T 6 7,4 s Réponse : Caalyse Pour une réacion u ype, l ajou un caalyseur enraîne :. ne moificaion e la consane équilibre. ne augmenaion e la viesse e réacion C. ne moificaion u mécanisme réacionnel D. La formaion e nouveaux prouis e réacion E. Sa consommaion au cours e la réacion n caalyseur es une subsance qui augmene la viesse une réacion. Ses propriéés principales son les suivanes : - il n inervien pas ans le bilan global e la réacion - il ne moifie pas les graneurs hermoynamiques (consane équilibre) e la réacion globale - il es régénéré en fin e processus - il inui un nouveau mécanisme réacionnel faisan inervenir e nouvelles éapes élémenaires pour lesquelles l énergie acivaion es inférieure à celle u processus non caalysé Réponses : e C