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Devoir de Sciences Physiques n°5 : correction Page 1 / 3
Devoir de Sciences Physiques nÀ5 : correction
Exercice I
Etat
(l)22(g)
2)aq(
(aq)3(s)
O2H H Zn O2H Zn ++ →+
++
Etat initial
(n
Zn
)
0
(n
H3O+)0
0 0 excès
Instant t
(n
Zn
)
0
– x(t) (n
H3O+)0
– x(t) x(t) x(t) excès
Etat final
(n
Zn
)
0
– x
max
(n
H3O+)0
– x
max
x
max
x
max
excès
1.1/ D’après le tableau d’avancement de la réaction : (n
H2
)
t
= x(t)
1.2/ Par définition, le temps de demi-réaction est la durée qu’il faut pour que l’avancement de la réaction
atteigne la moitié de l’avancement maximal (x
t=1/2
= x
max
/2). Par lecture graphique sur la figure 2, on
détermine la valeur de l’avancement maximal : x
max
= 10 mmol. On a alors : x
t=1/2
= 5 mmol et t
1/2
= 35 mn.
1.3/ La réaction est donc terminée au bout de 6 à 7 fois le temps de demi-réaction, soit environ 210 mn
(3h30min). On observe effectivement qu’après cette durée, l’avancement « x » a quasiment atteint sa valeur
maximale (x
max
= 10 mmol).
2.1/ Le facteur cinétique étudié lors des expériences 1, 2 et 3 est la concentration en ions oxonium. Tous les
autres facteurs sont maintenus constants durant ces expériences. Plus la concentration de cet ion en solution
est élevée, plus les « rencontres » et « chocs » avec les atomes de zinc sont fréquents, et plus la réaction est
rapide. Il y a donc une corrélation entre la concentration en ions oxonium et la vitesse de réaction :
la courbe « a » correspond à la réaction la plus rapide donc à l’expérience 1 où la concentration en ions
oxonium est la plus élevée.
la courbe « b » correspond à une réaction moins rapide donc à une concentration en ions oxonium
moindre (expérience 3).
la courbe « c » correspond à la réaction la moins rapide donc à la concentration en ions oxonium la
plus basse (expérience 2).
2.2.1/ On constate, en étudiant les courbes 4 et 5 proposées, que l’état de division du zinc est un facteur qui
influence fortement la vitesse de réaction. Avec du zinc en poudre (état très divisé), la réaction est beaucoup
plus rapide qu’avec de la grenaille de zinc (état moins divisé). Pour expliquer l’influence de la température,
de la concentration ou de l’état de division, l’argument est toujours le même : la fréquence des chocs entre
atomes / molécules. Si le métal est dans un état très divisé, il offre une surface de contact plus grande à
l’acide, et donc la fréquence des chocs est plus grande et la réaction est plus rapide.
2.2.2/ On observe sur la courbe de l’expérience 6 que la réaction n’a quasiment pas lieu avec la grenaille
recouverte de carbonate de zinc. Le carbonate de zinc se forme naturellement à la surface du zinc en milieu
humide, et constitue une couche imperméable, comme un vernis, qui empêche le contact et donc les chocs
entre les ions oxonium de l’acide et les atomes de zinc. La réaction ne peut donc pas avoir lieu et le zinc est
protégé de l’acide.
3/ Les trois facteurs que nous venons d’étudier permettent d’expliquer la longévité des gouttières en zinc
face à l’eau de pluie :
tout d’abord, les eaux de pluies sont certes acidifiées par la dissolution naturelle de dioxyde de
carbone, mais leur acidité reste faible. Une concentration en ions oxonium de 1,0.10
-5
mol.L
-1
correspond à un pH de 5,0, ce qui n’est pas très acide. Les expériences 1, 2 et 3 ont été réalisées à des
concentrations 25000 à 50000 fois plus élevées.
ensuite, les gouttières en zinc sont à l’état solide non divisé, donc offrent le minimum de surface aux
eaux de pluie.
enfin, et surtout, les gouttières en zinc se recouvrent naturellement et rapidement après leur pose de
carbonate de zinc qui crée une couche protectrice imperméable, les protégeant de l’attaque acide des
eaux de pluies. Il ne faut donc pas faire de zèle et vouloir, pour les faire briller, les frotter pour enlever
la couche patinée qui les recouvre !