COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE FASCICULE CHIMIE BACALAURIAT NEW BAC 2022 CHAPITRE-I CHIMIE CINETIQUE-CHIMIQUE ❖ COURS ❖ EXERCICES RESOLUS BAC : M + Sc-Exp+Sc-T BARHOUMI MOURAD Page 0 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE PARTIE Cours BARHOUMI MOURAD Page 1 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE PARTIE-I : CINETIQUE CHIMIQUE NOTION D'AVANCEMENT D'UNE REACTION I - TRANSFORMATION CHIMIQUE 1 - Système chimique Un système chimique est une portion de l'Univers séparées de l'extérieur par des frontières réelles ou Fictive bien définies. Constitué d’entités chimiques susceptibles de réagir ensemble. Un système chimique est caractérisé par une pression et une température uniformes dans toutes les phrases Une phase est une portion homogène de l'Univers, c'est-a-dire qu'elle présente les mêmes propriétés en tous ses points (même indice de réfraction, même température, même densité, même couleur, etc.). Une entité chimique est un individu moléculaire, ionique ou atomique. L'ion sodium Na+, l'ion hydroxyde OH-, l'atome de fer Fe, la molécule de dioxyde de carbone CO2 sont des exemples d'entités chimiques. Une espèce chimique est un corps pur électriquement neutre qui possède des propriétés physiques et chimiques intrinsèques comme la température de changement d'état, la densité ou la solubilité. Son état est décrit par : - les quantités de matière de chacune des entités , - l’état physique (s, l, g, aq) de chaque entité , - la température et la pression. Etat initial : c’est l’état du système lors de la mise en contact des réactifs. Etat final : c’est l’état du système quand il n’y a plus d’évolution. BARHOUMI MOURAD Page 2 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Exemple Soit le système suivant : Un flacon contenant de l'eau et de l'air et une certaine quantité de sucre tel que le sucre ne soit pas entièrement dissous - Le système est délimité par délimité par les parois du flacon et le bouchon. - Constituants : Sucre, eau, ion hydronium, ion hydroxyde et les constituants de l'air. Nombre de phases : 3 2 Transformation chimique dans un système Activité - (Soufre +fer ) En présence d’une flamme (sulfure de fer) Au cours de cette transformation il Ya des nouveau corps qui apparaissent :c’est une transformation chimique - Eau glace eau liquide Par échauffement Au cours de cette transformation conservation de la nature des constitutions du système avec un changement de l’état physique : c’est une transformation physique Conclusion • Un système chimique subit une transformation chimique si la nature et (ou) la quantité de matière des entités chimiques initialement présentes évolue au cours du temps. Les entités qui disparaissent totalement ou en partie sont les réactifs. Les entités chimiques qui apparaissent sont les produits de la réaction. Le système (fer et soufre) subit une transformation chimique à laquelle on peut modélisée (ou représentée) par une réaction chimique qu’on symbolise par une équation chimique : • Fe (s) + S(s) FeS 1 mole de fer réagit avec 1 mole de soufre pour donner 1 mole de sulfure de fer Les coefficients qui précède chaque entité chimique est appelé nombre stœchiométrique. Ces nombres stœchiométriques sont choisis de façon à respecter : • • la conservation des éléments chimiques. la conservation de la charge électrique BARHOUMI MOURAD Page 3 sur 42 COLLECTION OMEGA 3 - TRANSFORMATION RAPIDE CINETIQUE CHIMIQUE ET TRANSFORMATION LENTE Une transformation chimique est dite : - Rapide si la durée d'évolution du système entre l'état initial et l'état final est inferieure a la persistance rétinienne ou au temps de réponse des appareils usuels utilises pour la suivre ; Exemple Action d’un acide sur une base H3O+ + OH- -----------------→ 2H2O - Lente si elle se déroule sur des durées permettant un suivi aisé avec nos sens ou avec les techniques de mesure habituelles. Réaction d’estérification L'étude de l'évolution temporelle des systèmes chimiques constitue la cinétique chimique. II - AVANCEMENT D’UNE REACTION 1 - Avancement d'une réaction chimique L'avancement x d'une réaction est une grandeur, exprimée en mole, qui permet d’exprimer les quantités de réactifs restants et de produits formés à tout instant de la transformation chimique qui permet de passer de l'état initial à l'état final. Définition L’avancement d’une réaction, noté x est le nombre de fois que la réaction a marché depuis l’état initial, l’avancement x est exprimé en mole 2 - Tableau d’avancement ou tableau descriptif Soit la réaction chimique suivante aA+bB BARHOUMI MOURAD c C+ d D Page 4 sur 42 COLLECTION OMEGA Equation de la réaction : a A Etat du système Avancement Etat initial (EI) 0 Etats intermédiaires Etat final (EF) x= CINETIQUE CHIMIQUE bB c C → + d D Quantité de matière (mol) no(A) no(B) n(A )= no(A) –a x n(B)= no(B)-bx nf(A )= no(A) –a xf nf(B) = no(B)-bxf x xf + 𝐧𝐨(𝐀)−𝐧(𝐀) 𝐧𝐨(𝐁)−𝐧(𝐁) = 𝒂 𝒃 = 0 0 n(C)= c.x nf (C)= c.xf n(D)= d.x nf (D)= d.xf 𝐧(𝐂) 𝐧(𝐃) = 𝒄 𝒅 Remarque - xf désigne l’avancement de la réaction à l’état final (système macroscopiquement n’évolue plus) si la transformation se produit à volume constant dans un système constitué d’une seule phase il convient d’utiliser l’avancement volumique y= Exemple : 𝐱 exprimé en mol.L-1 𝐕 (réaction de synthèse de l’eau) Supposons qu’initialement : n(O2) = 3 mol et n(H2) = 1 mol Equation de la réaction : Etat du système Avancement Etat initial 0 Etats intermédiaires Etat final 3- 1 O2 (g) n(O2) 3 + 2 H2(g) → n(H2) 1 2 H2O(g) n(H2O) 0 x 3-1x 1–2x 2x xf 3 - 1 xf 1 – 2 xf 2 xf Réactif limitant La réaction est terminée (système à l'état final) lorsque l'un des réactifs (au moins) a disparu. Ce réactif est appelé réactif limitant. Remarque : BARHOUMI MOURAD Page 5 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Si les réactifs étaient dans des proportions stœchiométriques alors ils disparaîtraient, tous, totalement, tous les réactifs seraient alors limitant. Exemple : Combustion du butane Équation de la réaction C4H10 + Etat système Avancement Etat initial x=0 Etat intermédiaire x Etat final xf → O2 CO2 + H2 O Quantités 5 7 0 0 Exercice A l’instant t=0 on mélange un volume V1= 40 mL d’une solution aqueuse (S1) d’iodure de potassium KI de concentration C1=0.5 mol.L-1 avec un volume V2=10 mL d’une solution aqueuse (S2) de peroxodisulfate de potassium K2S2O8 de concentration C2=0.05 mol.L-1 Sachant que les couples redox mis en jeu sont I2 / I- et S2O82- / SO42- 1- Ecrire l’équation chimique qui symbolise la réaction modélisant la transformation 2- Calculer les quantités de matière des réactifs à l’état initiales 3- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système chimique étudié on suppose que la ni (S 2O 82-) , ni (I-) transformation est totale 4- Une étude expérimentale permet de tracer la courbe de l’évolution de l’avancement en fonction de temps x= f(t) BARHOUMI MOURAD Page 6 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 5- Déterminer graphiquement : - L’avancement final - Le temps de demi-réaction t1/2 - Préciser le réactif limitant - Déterminer la composition du mélange à l’état final IV- Quelques techniques de détermination de l'avancement d'une réaction 1- Méthodes chimiques L'avancement x d'une réaction, modélisant la transformation d'un système chimique, peut être détermine par recours a une réaction chimique qui transforme l'un des constituants prenant part a la transformation du système. On cite a titre D’exemples les réactions acide-base, d'oxydoréduction, de précipitation, etc. 2- Méthodes physiques - Le conductimètre La pH-métrie BARHOUMI MOURAD Page 7 sur 42 COLLECTION OMEGA Partie-II CINETIQUE CHIMIQUE Suivi temporel d’une réaction Chimique et vitesse d’une réaction Objectifs : ❖ Suivre l’avancement d’une réaction chimique par une méthode chimique (Dosage iodométrique ). ❖ Déterminer graphiquement : ❖ ➢ ➢ L’avancement final xf. Le temps de demi-réaction t1/2. Quels intérêts apporte la connaissance de t1/2? Déterminer expérimentalement : ➢ ➢ La vitesse moyenne d'une réaction entre deux instants donnes; La vitesse d'une réaction a un instant donné. Présentation de la démarche La manipulation consiste à : - - Suivre l'oxydation des ions iodure par les ions peroxodisulfate en effectuant des prélèvements successifs et en titrant le diiode formé à l'aide d'une solution d'ions thiosulfate. Représenter en fonction du temps l'évolution de la concentration molaire en diiode au cours de la transformation. Matériel et produits - Éprouvettes graduées de 10 mL, de 25 mL tubes à essai avec bouchons burette de 25 mL, 1 pipette de 2 mL béchers de 150 mL béchers de 100 mL chronomètre Agitateur magnétique – barreau magnétique Solution de peroxodisulfate de potassium ( S2), 2K + + S 2 O82− , de concentration molaire C2=……… mol. L-1 Solution d’iodure de potassium (S1) , K + + I− , de concentration molaire C1=……. mol. L-1 Solution de thiosulfate de sodium (S), 2Na + + S 2 O32− , de concentration molaire C0= ….. mol.L-1 Empois d’amidon BARHOUMI MOURAD Page 8 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Expérience Préparer le mélange suivant Solution ( S1) de KI Bécher V1= 40 mL C1= 0.5 mol.L-1 + Solution d’empois d’amidon de volume V’=10 mL A l’aide d’une burette graduée ajouter un volume Vo= 0.5 mL d’une solution aqueuse (S) de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration Co= 0.2 mol.L-1 …………….. ……………….. …………………….. ……………………. ………… …………… BARHOUMI MOURAD Page 9 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE A l’instant t=0 ajouter au mélange un volume V2=10 mL d’une solution aqueuse (S2) de peroxodisulfate de potassium K2S2O8 de concentration C2=0.05 mol.L-1 et déclencher le chronomètre Noter la durée t1 au bout de laquelle apparaît une coloration bleue noire, a cet instant ajouter sans arrêter le chronomètre un second volume Vo=0.5mL de la solution (S) et noter la durée t2 au bout de laquelle apparaît la coloration bleue noire. Refaire la même opération p fois Consigner les résultats dans le tableau suivant Tableau de mesure Opération n° p=1 2 V = p.V0 (mL) 0,5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5.5 6 t (min ) x=n(I2 ) (10-4 mol) I- Travail à effectuer 6- Ecrire l’équation chimique qui symbolise ➢ la réaction modélisant la transformation Equation de la réaction chimique entre les ions peroxodisulfate et les ions iodure (couples I2 / I- et S2O82- / SO42- ) S2O82− (aq) + 2 I − (aq) → I 2 (aq) + 2 SO 24− (aq) 7- Calculer les quantités de matière des réactifs à l’état initiales ➢ ni (S 2O 82-) = C2V2 = 0,05 x 10.10-3 = 5.10-4 mol ni (I-) = C1V1 = 0,5 x 40.10-3 = 2.10-2 mol 8- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système chimique étudié on suppose que la transformation est totale BARHOUMI MOURAD Page 10 sur 42 13 6.5 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE ➢ Équation de la réaction 2 I-(aq) quantité de matière dans l’état initial à t = 0 (mol) 2 10-2 5.10-4 0 0 quantité de matière au cours de la transformation à une date ti (mol) 2.10-2 - 2.x 5.10-4 - x 2.x x quantité de matière dans l’état final à t = + (mol) 2.10-2 - 2.xf 5.10-4 – xf 2.xf xf + S2O82- (aq) 2 SO2-4 (aq) + I2(aq) 9- Ecrire l’équation chimique de la réaction qui modélise la réaction du titrage ➢ Equation de la réaction entre le diiode formé et les ions thiosulfate : (couples I2 / I- et S2O32- / S4O62- ) 2S2 O32− (aq) + I2 (aq) → 2 I- (aq) + S 4 O26− (aq) 10- Préciser le rôle de l’empois d’amidon ➢ Le diiode reconnue par l'apparition de la couleur bleue noire que prend la solution en présence d'empois d'amidon qui joue le rôle d'indicateur de diiode. Le thiosultate réduit le diiode I2 formé en I(réduction très rapide). La coloration bleue noire n'apparaîtra que lorsque tout le thiosulfate présent aura disparu. On mesure le temps t1 d'apparition de la coloration, et on sait que cela correspond à une certaine quantité de I2 formée. L'étude se poursuit en rajoutant très vite une dose de thiosulfate et en attendant la recoloration (temps t2) ; et ainsi de suite... BARHOUMI MOURAD I- S 2O 3 2- 2S 2O 8 I2 Page 11 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 11- Etablir l’expression suivante x= p Co.Vo et compléter le tableau ci-dessus 2 A l’équivalence du titrage : n(S2O32-)= 2. n(I2) C0V0= 2 x X=n(I2) = 𝐶0 𝑉0 2 Apres p ajout de Vo mL de Na2S2O3, l'apparition de la couleur bleue noire indique qu'on a dosé: p. 𝐶0 𝑉0 2 mol de I2 ; d'ou : X=n(I2) = p 𝐶0 𝑉0 2 Compléter le tableau Opération n° p=1 2 V = p.V0 (mL) 0,5 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5.5 6 t (min ) x=n(I2 ) (10-4 mol) BARHOUMI MOURAD Page 12 sur 42 13 6.5 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 12- Tracer la courbe d’évolution temporelle de x : x=f(t) II- vitesse moyenne 1- Définition Entre deux instants t1 et t2, la vitesse moyenne d'une réaction chimique, notée vmoy(t1,t2), est une grandeur qui renseigne sur la variation de son avancement x, dans l'intervalle de temps[t1,t2], par unité de temps. Elle est modélisée par : Vmoy = 𝐱𝟐−𝐱𝟏 𝐭𝟐−𝐭𝟏 La vitesse moyenne d'une réaction chimique est une grandeur positive qui s'exprime dans le système international en mol. s-1. BARHOUMI MOURAD Page 13 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 2- Détermination graphique de Vmoy Vmoy = 𝐱𝟐−𝐱𝟏 𝐭𝟐−𝐭𝟏 = (pente de la droite M1M2) III- La vitesse instantanée 1- Définition La vitesse instantanée d'une réaction chimique a un instant de date t1, notée v(t1), est la limite vers laquelle tend la vitesse moyenne de la réaction entre les instants de dates t1 et t2 lorsque t2 tend vers t1. V(t1)= lim Vmoy = 𝒅𝒙 𝒅𝒕 )t=t1 t2---→t1 2- Détermination graphique de v(t) T’ V(t1) = le coefficient directeur de la tangente (T’ ) a la courbe x = f(t) au point d'abscisse t1 BARHOUMI MOURAD Page 14 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Remarque Si les constituants du système chimique forment une seule phase et si la transformation se produit a volume V constant, il est commode de définir une vitesse volumique instantanée de réaction : Vvol = 𝟏 𝐕 v(t) = 𝟏 𝐕 ( 𝒅𝒙 𝒅𝒕 )= 𝒙 𝑽 𝒅( ) 𝒅𝒕 𝒅𝒚 = 𝒅𝒕 Ou y est l'avancement volumique de la réaction. IV- RELATION ENTRE LA VITESSE D'UNE REACTION ET LA CONCENTRATION D’UN REACTIF OU CELLE D’UN PRODUIT A partir de l'expression de l'avancement x d'une réaction chimique symbolisée par une équation du type : aA+bB→cC+dD Et se produisant dans une même phase de volume V constant, exprimer la vitesse de la réaction en fonction des concentrations des entités chimiques prenant part a l'évolution d'un système Équation de la réaction aA + bB cC + dD quantité de matière dans l’état initial à t = 0 (mol) ni(A) ni(B) 0 0 quantité de matière au cours de la transformation à une date ti (mol) ni(A) - a.x ni(B) - bx cx bx Si on designer par n(A), n(B), n(C) et n(D) respectivement les quantités de A, B, C et D a un instant t, l'avancement x est alors : x= 𝐧𝐢(𝐀)−𝐧(𝐀) V(t) = 𝐚 𝒅𝒙 𝒅𝒕 =− = 𝐧𝐢(𝐁)−𝐧(𝐁) 𝐛 𝟏 𝐝𝐧(𝐀) 𝐚 𝐝𝐭 BARHOUMI MOURAD =− = 𝐧(𝐂) 𝟏 𝐝𝐧(𝐁) 𝐛 𝐝𝐭 𝐜 = = 𝐧(𝐃) 𝐝 𝟏 𝐝𝐧(𝐂) 𝐜 𝐝𝐭 = 𝟏 𝐝𝐧(𝐃) 𝐝 𝐝𝐭 Page 15 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Comme, pour une entité chimique I, on a n(I) = [I].V, alors : ➔ n(A) = [A].V V(t) = ➔ 𝒅𝒙 𝒅𝒕 =− 𝟏 𝐕.𝐝[𝐀] 𝟏 𝐝[𝐀] 𝐚 𝐚 𝐝𝐭 = V. − 𝐝𝐭 𝟏 =V. Vvol(t) 𝟏 𝐝[𝐀] Vvol(t)= 𝐕 v(t)= − 𝐚 𝐝𝐭 De la même façon pour les entités 𝟏 𝟏 𝐝[𝐁] Vvol(t)= 𝐕 v(t)= − 𝐛 𝟏 Vvol(t)= 𝐕 v(t)= 𝟏 𝐝𝐭 𝟏 𝐝[𝐂] 𝐜 𝐝𝐭 𝟏 𝐝[𝐃] Vvol(t)= 𝐕 v(t)= 𝐝 𝐝𝐭 On en déduit que la vitesse volumique d’une réaction ne dépend pas du volume de la solution V. Application : déterminer la valeur de 1- La vitesse moyenne de la réaction entre les instants t1 = 4 mn et t2 = 16 mn. 2- La vitesse instantanée de la réaction à la date t = 0 min puis à la date t = 6 min. BARHOUMI MOURAD Page 16 sur 42 COLLECTION OMEGA PARTIE-III I- CINETIQUE CHIMIQUE LES PRINCIPAUX FACTEURS CINETIQUES Influence de la concentration des réactifs sur la vitesse d’une réaction 1) Oxydation des ions iodure (I-) par les ions peroxodisulfate (S2O82-) Principe : Nous allons étudier l’influence de la concentration en peroxodisulfate sur la vitesse de cette réaction, la concentration en iodure étant maintenue constante. Protocole expérimental : - Dans 3 béchers identiques, numérotés de 1 à 3, de gauche à droite, versons un même volume de 25 mL d’une solution d’iodure de potassium (K+ + I-) à 0,2 mol.L-1 ; puis introduisons simultanément : • Dans le bécher 1 : 25 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium (2 K+ + S2O82-) : C1 = 0,3 mol.L-1 • Dans le bécher 2 : 25 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium (2 K+ + S2O82-) : C2 = 0,2 mol.L-1 • Dans le bécher 3 : 25 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium (2 K+ + S2O82-) : C3 = 0,1 mol.L-1 ❖ Tout en observant la réaction, calculez la concentration initiale [I-]0 en ions iodure ainsi que les concentrations initiales en ions peroxodisulfate dans les trois béchers. ➢ Bécher [ en mol.L-1 [ I- ] en mol.L-1 𝑺𝟐 𝑶𝟐− 𝟖 ] 1 0,15 0,10 2 0,10 0,10 3 0,05 0,10 ❖ Ecrivez l’équation de la réaction entre les ions iodure et peroxodisulfate (il se forme des ions sulfates et du diiode). ➢ On retrouve l’équation précédente : BARHOUMI MOURAD Page 17 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 𝑺𝟐 𝑶𝟐− + 2 e- ➔ 2 𝑺𝑶𝟐− 𝟖 𝟒 𝟐− 𝑺𝟐 𝑶𝟐− 𝟖 / 𝑺𝑶𝟒 + I2 / 𝑰− ➔ 2 I𝑺𝟐 𝑶𝟐− 𝟖 + 2 I Equation de la réaction I2 + 2 e- → 2 𝑺𝑶𝟐− 𝟒 + I2 ❖ Préciser quelle concentration finale en diiode est attendue dans les trois cas. Bécher [I2]finale attendue en mol.L-1 1 2 3 0,05 0,05 0,05 ❖ En utilisant les observations de l’expérience, conclure quant à l’influence de la concentration en réactif peroxodisulfate. Dans les trois cas, la concentration en diiode finale attendue est la même donc à la fin des trois transformations, les béchers auront la même couleur. Or, on observe que le bécher 1 fonce plus vite que le bécher 2, lui-même prenant une teinte orangée plus rapidement que le bécher 3. On peut en conclure que plus la concentration d’une espèce chimique est élevée, plus la vitesse de réaction est grande Ici, plus la concentration initiale en ions peroxodisulfates est grande et plus la durée de la transformation est courte. BARHOUMI MOURAD Page 18 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Influence des concentrations initiales de I-' Plus la concentration en ion iodure est importante plus la vitesse de la réaction est importante. 2) Réaction entre les ions hydronium (H3O+) et les ions thiosulfate (S2O32-) a) Principe : Il s’agit d’étudier l’influence de la concentration des réactifs sur la vitesse de la réaction d’équation-bilan : S2O32- + 2 H 3O + → S(s) + SO2 + 3H2O Il se forme du soufre solide qui rend progressivement la solution opaque, et qui fait disparaître un motif ( croix épaisse au crayon de papier ) dessiné sur la paillasse ( pour une fois que vous pouvez le faire !!! ) et placé sous le bécher. Ce motif disparaît au bout d’un temps td qu’on mesurera pour les concentrations initiales différentes de l’un des réactifs, l’autre étant maintenue constante. b) Influence de la concentration en thiosulfate. - sous un bécher, placer un motif et y verser : BARHOUMI MOURAD Page 19 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE V1 = 30 cm3 de thiosulfate à 0,1 mol.L-1 Veau = 20 cm3 d’eau distillée V2 = 5 cm3 d’acide chlorhydrique à 1,0 mol.L-1, puis aussitôt déclencher le chronomètre. Notez le temps td au bout duquel le motif n’est plus visible. - • Refaire la même expérience avec : V1 = 50 cm3 , Veau = 0 cm3 et V2 = 5 cm3. ❖ Remplissez le tableau suivant : 3 3 3 Vtotal [S2O32-]0 [H3O+]0 (cm3) (mol.L-1) (mol.L-1) V1 (cm ) Veau (cm ) V2 (cm ) td 30 20 5 55 0,0545 0,0909 35s 50 0 5 55 0,0909 0,0909 24s ❖ Conclure On peut en conclure que plus la concentration d’une espèce chimique est élevée, plus la vitesse de réaction est grande Ici, plus la concentration initiale en ions thiosulfates est grande et plus la durée de la transformation est courte. c) Influence de la concentration en ions hydronium. ❖ Remplir le tableau suivant : V1 Veau V2 Vtotal [S2O32-]0 [H3O+]0 td 20 30 10 60 0,0333 0,166 ? 20 0 40 60 0,0333 0,666 ? ❖ Conclure On peut en conclure que plus la concentration d’une espèce chimique est élevée, plus la vitesse de réaction est grande. Ici, plus la concentration initiale en ions hydroniums est grande et plus la durée de la transformation est courte. BARHOUMI MOURAD Page 20 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE II/ Influence de la température 1) Principe Nous allons étudier l’influence de la température sur la vitesse de la réaction entre les ions iodure et les ions peroxodisulfates. Q 1 ) En utilisant votre « fiche espèces chimiques », donner les deux couples mis en jeu ainsi que l’équation traduisant cette réaction. 𝟐− 𝑺𝟐 𝑶𝟐− 𝟖 / 𝑺𝑶𝟒 𝑺𝟐 𝑶𝟐− + 2 e- ➔ 2 𝑺𝑶𝟐− 𝟒 𝟖 + I 2 / 𝑰− Equation de la réaction 2 I - ➔ I 2 + 2 e𝟐− 𝑺𝟐 𝑶𝟐− 𝟖 + 2 I → 2 𝑺𝑶𝟒 + I2 Le diiode, espèce produite, est colorée ( jaune – orange ) . En présence d’empois d’amidon, le diiode est bleu… Au lieu d’observer ce qui se passe directement vous allez ajouter, au mélange d’ions iodures et peroxodisulfates, des ions thiosulfates en faible quantité par rapport aux autres espèces. Le diiode, produit par la réaction entre les ions iodure et peroxodisulfate, va être réduit par les ions thiosulfate selon : I2 + 2 S2O32- → 2 I- + S4O62- Au départ, la solution reste donc incolore malgré la production de diiode par la première réaction ( ceux-ci étant tout de suite réduits ). Lorsque tous les ions thiosulfate sont consommés, la solution devient brusquement bleue et alors tous les ions thiosulfates ont réagi. Ainsi, pour différentes températures, mais pour des conditions initiales identiques, nous allons déterminer quel temps t il faut attendre pour que la même quantité de matière d’ions S2O32- disparaisse et que la coloration due au diiode apparaisse. BARHOUMI MOURAD Page 21 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 2) • - Protocole Dans 3 tubes à essais, introduisez : 2,5 mL d’iodure de potassium à 0,2 mol.L-1 ( éprouvette ) 1 mL d’une solution de thiosulfate de sodium à 0,1 mol.L-1 Quelques gouttes d’empois d’amidon. • Placez le tube 1 dans de l’eau glacée, le tube 2 dans de l’eau à la température ambiante, et le tube 3 dans un bain-marie (40°C environ). T1 T2 Eau glacée Eau ambiante • T3 Eau à 40 °C Une fois les équilibres thermiques établis, ajoutez 2,5 mL d’une solution décimolaire de peroxodisulfate de potassium simultanément dans les 3 tubes à essais et déclenchez le chronomètre. ❖ Remplissez le tableau : N° du tube 1 2 3 (°C) 0 20 40 t (s) Très long (40 mn ) 10 – 15 mn 2 à 6 mn ❖ Conclure Pour des concentrations en réactifs initiales identiques, plus la température est élevée, plus la vitesse est grande et plus la durée de la transformation est courte. BARHOUMI MOURAD Page 22 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE De façon générale l'évolution d'un système chimique est d'autant plus rapide que la température est élevée. A l'échelle microscopique, l'agitation des atomes ou molécules est d'autant plus importante que la température est élevée. La probabilité de chocs entre les réactifs augmente avec la température: la réaction chimique est plus rapide. III- Influence des catalyseurs sur la vitesse d’une réaction 1) définition et propriétés d'un catalyseur Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction chimique sans intervenir dans son équation. Le catalyseur modifie les étapes permettant de passer des réactifs aux produits. Il permet, par exemple, de remplacer une réaction lente par 2 rapides. Presque toutes les réactions biochimiques sont catalysées. Exemple: soit les deux couples d'oxydoréduction: I2/I- (diiode, iodure) et S2O82-/SO42-(peroxodisulfate, sulfate). Dans cette réaction les ions iodure sont oxydés. Equation chimique: S2O8 2- + 2 I- ➔ 2 SO42- + I2 BARHOUMI MOURAD Page 23 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE Cette réaction est lente et totale à température ordinaire. Pour accélérer cette réaction lente on la remplace par 2 réactions rapides. En présence de l'ion Fe3+ (couples Fe3+/Fe2+), la vitesse de réaction est plus importante. Il se produit 2 nouvelles réactions. Au cours de la première : les ions Fe3+ réagissent avec des ions iodure I-, tandis qu'au cours de la seconde, l'ion Fe2+ formé à la fin de la première réaction réagit avec l'ion peroxodisulfate (S2O82-). Écrire l'équation bilan de ces réactions. Vérifier que ces 2 réactions rapides sont équivalentes à la réaction lente. Réponse: Première équation : 1/2 équation de réduction : ( Fe3+ + 1 e- ➔ Fe2+ ) x 2 1/2 équation d'oxydation: Equation chimique : ( 2 I - ➔ I 2 + 2 e- ) x 1 2 Fe3+ + 2 I- ➔ 2 Fe2+ + I2 Seconde équation : 1/2 équation de réduction : ( Fe2+ ➔ Fe3+ + 1 e-) x 2 1/2 équation d'oxydation : ( S2O82- + 2 e- ➔ 2 SO 42- ) x 1 Equation chimique : 2 Fe2+ + S 2O82- ➔ 2 Fe3+ + 2 SO4 2- En faisant la somme de la première et de la seconde équation, on obtient : 2 Fe3+ + 2 I- + 2 Fe2+ + S2O82- ➔ 2 Fe 2+ + I2+ 2 Fe 3+ + 2 SO42On simplifie: S2O8 2- +2 I- ➔ 2 SO42- + I2 Les 2 réactions rapides sont identiques à la réaction lente en termes d'équation bilan ! 2) catalyse homogène, hétérogène et enzymatique On distingue 3 types de catalyse: - la catalyse homogène: le catalyseur et les réactifs forment un mélange homogène (ils se trouvent sous la même forme physique (solide, liquide ou gazeuse) Exemple: voir 1) réaction entre les ions iodure et peroxodisulfate catalysée par les ions Fe3+. BARHOUMI MOURAD Page 24 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE - la catalyse hétérogène: le catalyseur et les réactifs forment un mélange hétérogène (ils ne se trouvent pas sous la même forme physique). Exemple: le pot catalytique est recouvert de métaux nobles (platine, palladium). Lorsque les gaz d'échappement passent à travers le pot les métaux accélèrent l'oxydation du monoxyde de carbone CO en CO2, la réduction des oxydes d'azote en diazote et l'oxydation des hydrocarbures non brulés en CO2 et H2O. - la catalyse enzymatique: les réactions biochimiques sont catalysés par des macromolécules organiques appelées enzymes. Exemple: la dégradation de l'éthanol dans l'organisme en ion éthanoate est réalisée en 2 étapes: - étape 1: l'éthanol est oxydé en éthanal par l'enzyme ADH - étape 2: l'éthanal est oxydé en ion éthanoate par l'enzyme ALDH Dans l'industrie chimique on cherche des catalyseurs qui permettent de gagner du temps au cours de la fabrication de produits (le temps c'est de l'argent). BARHOUMI MOURAD Page 25 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE PARTIE EXERCICES BARHOUMI MOURAD Page 26 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE EXERCICE -1 On mélange à l’instant de date t=0s et à une température un volume V1= 0.1L d’une solution (S1) d’iodure de potassium (K+ , I-) de concentration C1 avec un volume V2=0,1L d’une solution (S2) de peroxodisulfate de sodium (2Na+ , S2O82-) de concentration C2 .La figure ci-dessous représente la variation [S2O82-]=f(t). [S2O82-](10-3mol.L-1) 20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 t(min) 1) Ecrire l’équation de la réaction qui a eu lieu, en précisant les couples redox mis en jeu. 2) Déduire de la courbe la quantité de matière initiale n0(S2O82-) dans le mélange puis calculer la concentration C2. 3) a- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système. b-Calculer l’avancement final xf de la réaction. c- Déterminer la concentration molaire C1 sachant que la réaction est pratiquement totale. 4) Déterminer la vitesse volumique moyenne de la réaction VVmoy(t1 ;t2) entre les instants t1=10min et t2=50min. 5) a-Définir la vitesse volumique instantané VV(t) . BARHOUMI MOURAD Page 27 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE b-Déterminer sa valeur à l’instant de date t3 =25min 6) A un instant de date t4, on prélève un volume V0=10mL de mélange précédent et on dose le diiode formées à l’aide d’une solution (S) de thiosulfate du sodium (2Na+ + S2O32-) de concentration C=2 .10-2mol.L-1 . a-Ecrire l’équation de la réaction de dosage. b-A l’équivalence le volume de la solution (S) ajouté est V=12mL. Déterminer la composition de mélange à l’instant de date t4. En déduire l’instant t4. Correction 1- 2 I-(aq) + S2O82-(aq) → I2 (aq) / I–(aq) Couples Redox: 2− [ 𝑆2 𝑂8 ]𝟎 = 2- 2− ➔ 𝒏 (𝑆2 𝑂8 ) = [ 𝟎 I2 (aq) + 2SO42-(aq) ; S2O82–(aq) / SO42–(aq) 2− 𝒏(𝑆2 𝑂8 ) 𝟎 𝑽𝟏 +𝑽𝟐 2− 𝑆2 𝑂8 ]𝟎 x (𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 ) = 20x10-3 x(0.1+0.1) = 4x10-4 mol 2− n(S2O82-)0 = C 2 V2 ➔ C 2 = 𝒏(𝑆2 𝑂8 ) 𝟎 𝑽𝟐 = 𝟒×𝟏𝟎−𝟒 𝟎.𝟏 = 4x10-3 mol.L-1 3- a- Equation chimique Etat du 2 I-(aq) + I2 (aq) + 2 SO42-(aq) (mol.L-1) Etat initial y=0 Etat interm y Etat final → Concentrations molaires (mol.L-1) Avancement système S2O82-(aq) Yf [ 𝑰− ]𝟎 2− ]𝟎 =20x10-3 0 2− ]𝟎 – y y [ 𝑆2 𝑂8 [ 𝑰− ]𝟎 - 2 y [ 𝑆2 𝑂8 [ 𝑰− ]𝟎 - 2 yf [ 𝑆2 𝑂8 BARHOUMI MOURAD 2− ]𝟎 – yf yf 0 2y 2yf Page 28 sur 42 COLLECTION OMEGA b- 𝒚𝒇= 𝒙𝒇 𝑽𝟏 +𝑽𝟐 CINETIQUE CHIMIQUE ➔ xf = yf x (V1+V2) On a 2− 𝑆2 𝑂8 [ ]𝒇 = [ yf = ([ 2− 𝑆2𝑂8 2− 𝑆2𝑂8 ]𝟎 – yf ]𝟎 – [ 2− 𝑆2𝑂8 ]𝒇 ) D’après la courbe on a [ 𝑆2 𝑂82− ]𝒇 = 5x10-3 mol.L-1 yf = = ( 20x10-3 - 5x10-3 ) = 15 x10-3 mol.L-1 xf= yf x (V1+V2) = 15x10-3 c- x (0.2) = 30x10-4 mol d’après la courbe le réactif limitant est I- puisque 𝑆2 𝑂82− est le réactif en excès car [ 𝑆2 𝑂82− ]𝒇 > 0 [𝑰− ]𝟎 - 2yf = 0 ➔ [ 𝑰− ]𝟎 = 2xyf =2x15 x10-3 =30 x10-3 mol.L-1 ➔ 𝒏(𝑰− )𝟎 = [ 𝑰− ]𝟎 x (𝑽𝟏 + 𝑽𝟐 ) =30x10-3 x(0.1+0.1) = 60x10-4 mol ➔ C1 V1 ➔ C1= 𝒏(𝑰− )𝟎 = 4- VVmoy(t1 ;t2) = - [ 2− 𝑆 2 𝑂8 ] –[ 𝟐 5 – a - VV(t)= 𝑽 v(t) = 𝑽 𝒅𝒕 = b- VV(t3)= 𝒅𝒕 2− 𝑆2 𝑂8 ] 𝟏 𝒕𝟐 −𝒕𝟏 𝟏 𝟏 𝒅𝒙 𝒅𝒚 𝒏(𝑰− )𝟎 𝑽𝟏 )t3= - 𝒅[ =- 𝒙 𝑽 𝒅( ) 𝒅𝒕 = =- 𝟔𝟎×𝟏𝟎−𝟒 𝟎.𝟏 𝟔 – 𝟏𝟒 𝟓𝟎−𝟏𝟎 = 60x10-3 mol.L-1 x10-3= 2x10-4 mol.L-1.min-1 𝒅𝒚 = 𝒅𝒕 𝑆2𝑂2− 8 ] 𝒅𝒕 𝟗 – 𝟏𝟒 𝟐𝟓−𝟎 )t3= - (pente de la tangente à la courbe à t3) x10-3 =2x10-4 mol.L-1.min-1 6- aL’équation de la réaction de dosage. I2 (aq) + 2 S2O32-(aq) → 2 I-(aq) + S4O62-(aq) BARHOUMI MOURAD Page 29 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE b- à l’équivalence on a 2− 𝒏(𝑰𝟐 )𝒆𝒒 = 𝒏(𝑆2 𝑂3 ) 𝒆𝒒 𝟐 ➔ [𝑰𝟐 ] x V0= 𝑪𝑿𝑽 𝟐 𝑪𝑿𝑽 ➔ [𝑰𝟐 ] = 𝟐𝒙𝑽 = 𝟐𝒙𝟏𝟎−𝟐 𝒙𝟏𝟐 𝟎 𝟐𝒙𝟏𝟎 = 12 x10-3 mol.L-1 D’ou la composition du mélange à l’instant t4 [𝑰𝟐 ] = 12 x10-3 mol.L-1 = y [ 𝑰− ] = [ 𝑰− ]𝟎 - 2 y = 30 x10-3 – 2x12 x10-3 = 6 x10-3 [ [ 2− 𝑆𝑂4 2− 𝑆2 𝑂8 mol.L-1 ] = 2 y = 2x 12 x10-3 = 24 x10-3 mol.L-1 ]=[ 2− 𝑆2 𝑂8 ]𝟎 – y = 20 x10-3 - 12 x10-3 = 8 x10-3 D’après la courbe pour [ 2− 𝑆2𝑂8 ] = 8 x10-3 mol.L-1 mol.L-1 on a t4=30 min EXERCICE N°2 A la date t=0 s et à une température fixe, on mélange - n1 moles d’eau oxygénée (H2O2) - n2 moles d’iodure de potassium (KI ) Le volume du mélange est V0=0.5 L Sachant que l’oxydation des ions iodures I- par une réaction totale d’équation H2O2 + 2 I- + 2H3O+ l’eau oxygénée en milieu acide est I2 + 4 H2O Une étude expérimentale permet de tracer la courbe de la variation de la concentration des ions iodures [ I- ] = f(t). BARHOUMI MOURAD Page 30 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE [𝐈 − ] (mol.L-1) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 Temps (min) 0 0 10 20 30 40 1) Recopier le tableau descriptif d’évolution du copie puis le compléter ; (H3O+ en excès) Equation de la réaction état Avancement (mol) Initial Intermédiaire final H2O2 + 2I- 50 système 60 70 chimique 80 étudié sur votre + 2H3O+ I2 Quantité de matière (mol) Excès + 4H2O 2) En utilisant la courbe a- Montrer que H2O2 est le réactif limitant b- Déterminer n1 et n2 3) Déterminer la composition finale du mélange pour les entités autres que H 3O+ 4) a - Montrer que l’expression de la vitesse volumique instantanée s’écrit sous forme : 1 𝐝[𝐈 − ] Vv(t)= 2 𝐝𝐭 b- Déterminer sa valeur à l’instant de date t0=0s BARHOUMI MOURAD Page 31 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE CORRECTION 1) Tableau descriptif d’évolution Equation de la réaction état Avancement (mol) Initial Intermédiaire final 2) H2O2 n1 n1-x n1-xf + 2I- + 2H3O+ I2 + 4H2O Quantité de matière (mol) n2 Excès 0 0 n2-2x x 4x n2-2xf xf 4xf En utilisant la courbe a- d’après la courbe à l’état final nf(I-) >0 or la réaction est totale ; l’un des réactifs qui disparait totalement c’est H2O2 donc c’est le réactif limitant b- Déterminer n1 et n2 à t =0 s on a [𝐈 − ]0=0.5 mol.L-1 Or [𝐈 − ]0 = 𝐧𝟐 ➔ n2=[𝐈 − ]𝟎 x V0 =0.5x0.5 = 0.25 mol 𝐕𝟎 À d’état final on a [𝐈 − ]f=0.1 mol.L-1 Or [𝐈 − ]f = 𝑛𝑓 𝑉0 ➔ nf=[𝐈 − ]f x V0 =0.1x0.5 =0.05 mol nf=n2-2xf =0.05 ➔ 2xf = n2- nf=0.25-0.05 =0.2 mol ➔ xf = 0.1 mol H2O2 c’est le réactif limitant ➔ n1-xf =0 ➔ n1= xf = 0.1 mol 3) Déterminer la composition finale du mélange pour les entités autres que H 3O+ nf(H2O2)=0 nf(I-)=0.05 mol nf(I2)= xf=0.1 mol nf(H2O)=4xf= 4x0.1=0.4 mol a - Montrer que l’expression de la vitesse volumique instantanée s’écrit sous 𝐝𝐲 forme : Vv(t)= 𝐝𝐭 4) BARHOUMI MOURAD Page 32 sur 42 COLLECTION OMEGA y= 𝑥 𝑉0 Vv(t)= CINETIQUE CHIMIQUE avec V0 volume totale du mélange supposé constant 1 𝐝𝐱 = V0 𝐝𝐭 1 V0 𝐯(𝐭) Or n( I-) = n2-2x. 𝒅𝒏(𝑰− ) 𝒅𝒕 Vv(t) = b- = -2 1 x 𝐝𝐭 𝐯(𝐭)= − V0 ➔ 𝐝𝐱 𝐝𝐭 =- 1 𝒅𝒏(𝑰− ) 2 1 1 𝒅𝒏(𝑰− ) 2 V0 𝒅𝒕 ➔ 𝐯(𝐭) = - 𝒅𝒕 =− 1 𝒏(𝑰− ) 𝒅( 𝑽 ) 𝟎 2 𝒅𝒕 = - 1 𝒅𝒏(𝑰− ) 2 𝒅𝒕 1 𝐝[𝐈 − ] 2 𝐝𝐭 valeur de la vitesse volumique à l’instant de date t0=0s Vv(t=0)= - 1 2 (pente de la tangente à la courbe pour t=0s) 𝟎.𝟓−𝟎.𝟏 Pente = ➔ 𝐝𝐱 𝟎−𝟏𝟎 Vv(t=0)= - = -0.04 𝟏 𝟐 (-0.04) =0.02 mol.L-1.min-1 EXERCICE N°2 Les ions peroxodisulfate (S2O82-) oxydent les ions iodures (I-) selon l’équation de la réaction suivante supposée totale : S2O82- + 2 I- I2 + 2SO42- A t=0s, on mélange dans un bêcher, un volume V1 = 100mL d’une solution d’iodure de potassium (K++I-) de concentration C1=0,2 mol.L-1 avec un volume V2=100mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium (2K+ + S2O82-) de concentration C2 inconnu Une étude expérimentale permet de tracer la courbe [I2]=f(t) représenté sur la figure cidessous BARHOUMI MOURAD Page 33 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE [𝐈𝟐 ] (× 𝟏𝟎−𝟐 𝐦𝐨𝐥. 𝐋−𝟏 ) 1.5 1.25 1 0.75 0.5 0.25 𝐭𝐞𝐦𝐩𝐬 (𝐬𝐞𝐜𝐨𝐧𝐝𝐞𝐬 ) 0 0 10 20 30 40 50 60 70 1) Reproduire et compléter le tableau descriptif d’évolution du système. Equation de la réaction 2 I- + S2O82état Avancement (mol) Initial Intermédiaire final I2 + 2SO42Quantité de matière (mol) 2) Déterminer graphiquement l’avancement final xf de la réaction. 3) Préciser en justifiant le réactif limitant 4) En déduire la concentration C2 5) Définir le temps de demi-réaction. Déterminer sa valeur. 6) a- Montrer que l’expression de la vitesse volumique instantanée s’écrit sous forme : Vv(t) = 𝐝[𝐈𝟐 ] 𝐝𝐭 b- Déterminer sa valeur à l’instant de date t0=0s c- Montrer que la vitesse instantanée de la réaction est donnée par BARHOUMI MOURAD Page 34 sur 42 COLLECTION OMEGA v(t) = VT x Vv(t) CINETIQUE CHIMIQUE avec VT : volume totale de mélange Puis en déduire sa valeur à t=0s CORRECTION 1) Tableau descriptif d’évolution Equation de la réaction état Avancement (mol) Initial Intermédiaire final 2 I- + S2O82- n1 n1-2x n1-2xf I2 + 2SO42Quantité de matière (mol) 0 0 x 2x xf 2xf n2 n2-x n2-xf Avec n1=C1xV1=0, 2 x 0,1=0,02 mol n2=C2xV2 2) L’avancement final xf de la réaction. D’après la courbe on [𝐈𝟐 ]𝐟 = 𝟏, 𝟐𝟓𝐱𝟏𝟎−𝟐 𝐦𝐨𝐥. 𝐋−𝟏 = yf ➔ xf = yf x V Avec V=V1+V2 volume totale du mélange xf = nf(I2)= yf x (V1+V2) = 𝟏, 𝟐𝟓 × 𝟏𝟎−𝟐 × (𝟎, 𝟏 + 𝟎, 𝟏) = 𝟐, 𝟓 × 𝟏𝟎−𝟑 𝒎𝒐𝒍 3) Préciser le réactif limitant nf(I-)= n1- 2.xf = 0.02 -2x 0.0025 = 0.015 différent de 0 Donc I- n’est le réactif limitant Or la réaction est totale donc S2O82- est le réactif limitant 4) déterminer alors la concentration C2 S2O82- est le réactif limitant ➔ nf(S2O82-)= n2- xf =0 ➔ n2= xf = 0.0025 mol n2=C2xV2 ➔ C2= = 𝒏𝟐 𝑽𝟐 = 𝟎.𝟎𝟎𝟐𝟓 𝟎.𝟏 =0.025 𝐦𝐨𝐥. 𝐋−𝟏 5) Définir le temps de demi-réaction. Déterminer sa valeur. C’est le temps pour la quelle x= y= 𝒚𝒇 𝟐 = 𝟎.𝟎𝟏𝟐𝟓 𝟐 𝒙𝒇 𝟐 ou y= 𝒚𝒇 𝟐 noté t1/2 ➔ = 0.00625 ➔ t1/2= 6 s BARHOUMI MOURAD Page 35 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 6) a- Vv(t)= y= 𝑥 𝐝𝐲 𝐝𝐭 = [I2 ] 𝑉 avec V= (V1+V2 ) volume totale du mélange supposé constant ➔ 𝒅[𝐈𝟐 ] Vv(t)= 𝒅𝒕 b- Vv(t=0)= (pente de la tangente à la courbe pour t=0s) = 𝟎.𝟎𝟏𝟐𝟓−𝟎 𝟏𝟎−𝟎 = 0.00125 mol.L-1.S-1 c- Vv(t)= Vv(t)= 𝐝𝐲 𝐝𝐭 1 𝐝𝐱 𝑉 𝐝𝐭 = 1 V 𝐯(𝐭) ➔ v(t)= Vx Vv(t)= (0.1+ 0.1) x 0.00125=0.00025 mol.S-1 BARHOUMI MOURAD Page 36 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE EXERCICE-3(non corrigé) A l’instant t=0 on verse un excès d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique sur un échantillon de carbonate de calcium CaCO3(solide) de masse m0=200mg L’équation de la réaction supposée totale qui a lieu CaCO3 (solide) + 2H3O+ Ca2+ + 3 H2O + CO2 (gaz) 1- Dresser le tableau descriptif d’évolution du système chimique étudié (H 3O+ en excès) 2- Déterminer la valeur de l’avancement final xf de la réaction 3- Une étude expérimentale nous permet de tracé la courbe de variation instantanée de la masse m du carbonate de calcium au cours du temps dm = f(t) (figure-1) dt 𝒅𝒎 𝒅𝒕 (x 10-3g.s-1) 4 0 temps (s) -4 -8 Figure-1 -12 -16 -20 0 30 60 90 120 150 180 210 a- Montrer que la vitesse instantanée de la réaction est donnée par la relation 𝟏 𝒅𝒎 suivante v(t) = - 𝐌 𝒅𝒕 Avec M la masse molaire moléculaire du carbonate de calcium BARHOUMI MOURAD Page 37 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE b- Calculer la vitesse instantanée à l’instant t=0 puis à l’instant t=30 s c- Comment varie cette vitesse au cours du temps d- Préciser le facteur cinétique responsable de cette variation e- Expliquer à l’échelle microscopique la cause de cette variation On donne la masse molaire moléculaire du carbonate de calcium M(CaCO3) =100 g.mol-1 EXERCICE-4 (non corrigé) On réalise l’oxydation des ions iodure I- par des ions peroxodisulfate S2O82- dans quatre expériences notées (a), (b), (c) et (d). Pour chaque expérience on dose le diiode formé à des instants différents par une solution de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration C=10-3 mol.L-1, et on détermine la concentration des ions S2O82-, on obtient les courbes suivantes : [S2O82-](10-3mol.L-1) 8 6 I 4 IV 2 III II 0 0 10 20 30 40 50 60 t(min) Les conditions expérimentales sont consignées dans le tableau suivant : Expérience Température [S2O82-] 0 [I-] 0 (a) 30°C 9.10-3mol.L-1 4.10-2 mol.L-1 (b) 30°C 9.10-3mol.L-1 4.10-2 mol.L-1 (c) 30°C 9.10-3mol.L-1 6.10-2 mol.L-1 (d) 17°C 9.10-3mol.L-1 4.10-2 mol.L-1 BARHOUMI MOURAD Présence d’ions Fe3+ Présence d’ions Fe2+ Page 38 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE 1) Écrire l’équation bilan de la réaction entre I- et S2O82-. Préciser les couples redox mis en jeu. 2) Attribuer avec justification la courbe correspondante à chaque expérience. 3) On considère l’expérience représenté par la courbe (I). a- Définir la vitesse volumique instantanée de disparition des ions S2O82- .Déterminer sa valeur à la date t1=20 min. En déduire la valeur de la vitesse V (I-) à cette date. b- Écrire l’équation de la réaction de dosage. c- Calculer le volume de la solution de thiosulfate de sodium utilisé pour le dosage d’un prélèvement de 5 cm3 a la date t2=30min. 4) Calculer pour l’expérience (c) les concentrations molaires des espèces chimiques présentes à la fin de réaction. BAC-SC-EXP-PRINCIPALE-2021 BARHOUMI MOURAD Page 39 sur 42 COLLECTION OMEGA CINETIQUE CHIMIQUE CORRECTION BARHOUMI MOURAD Page 40 sur 42 COLLECTION OMEGA BARHOUMI MOURAD CINETIQUE CHIMIQUE Page 41 sur 42
