B - Matériel et produits
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Montage de chimie n°10 Montage n°10 Expériences illustrant la notion de vitesse de réaction et permettant la mesure de sa valeur. L'aspect énergétique pourra être abordé A - Plan du montage I - La notion de vitesse de réaction On montre des réactions de diverses vitesses: * [] précipitation de AgCl (+ noircissement lent) * [] eau oxygénée + iodure * [] permanganate + eau II - Influence de divers facteurs sur la vitesse de réaction 1/ Effets physiques a- Température * [] eau oxygénée+ iodure b- Surface de contact * [] Iode sur fer ** [ ] * [] 2/ Un effet chimique: la catalyse 2+ * homogène: iodure+ peroxodisulfate (avec et sans Fe ) * hétérogène: platine sur H2O2 III - Loi de vitesse [ #] Etude de la SN1 (CH3)3Cl + eau-->tertiobutanol *Determination de l’ordre * Mesure de la constante de vitesse * Un autre effet chimique: la concentration * Cette expérience est tirée du Durupty Cette expérience est tirée du fascicule de TP de P. Lalanne # Cettre expérience est issue de la sagesse populaire... ** 1 Montage de chimie n°10 B - Matériel et produits a/ Matériel Pissette d’eau distillée 4 béchers 100 mL 6 pipettes pasteur 1 porte-tubes 2 tubes à essai porte-tubes 3 récipients pour bain-marie 6 tubes à essai bec Bunsen+ support éprouvette 50 mL balance Cylindre platiné 2 béchers 50 mL diamètre 40 mm pipettes jaugées 1 et 10 mL + propipette agitateur magnétique et moteur Conductimètre et accessoires Ordianteur avec Régressi (Général) (I) (I) (I) (I) (II) (II) (II) (II) (II) (II) (III) (III) (III) (III) (III) b/ Produits Solutions 1 M de: KMnO4 acide KI -1 Solutions 10 M de: AgNO3 NaCl KI 0,4 M Solution d’eau oxygénée à 11 volumes -1 Solution d’eau oxygénée à 0,06 mol.L H2SO4 4 M Clou en fer et limaille de fer Solution de diiode Solution de sels de Mohr 1M Solution de peroxodisulfate de sodium 1M Acétone Chlorure de tertiobutyle 2 (I) (II) (I) (I) (I) (I) (I) (II) (II) (II) (II) (II) (II) (III) (III) Montage de chimie n°10 C - Commentaires Introduction La notion de mouvement fait partie de notre vie. En particulier, en chimie, on étudie les réactions chimiques, et on a besoin d’une notion qui permette d’indiquer l’évolution du système chimique au cours du temps. Ceci implique la définition d’une vitesse de réaction, définie comme étant la dérivée du degré d’avancement par rapport au temps. I - La notion de vitesse de réaction Il faut tout d’abord mettre en évidence le fait que toutes les réactions chimiques n’ont pas lieu à la même vitesse (ce qui simplifierait beaucoup le problème...). On va montrer diverses réactions: “instantanée”, lente, très lente. On citera aussi les réactions infiniment lentes: transition de phase diamant vers graphite. II - Influence de divers facteurs sur la vitesse de réaction On a vu qu’il y avait des vitesses différentes, pourquoi? On s’intéressera ici aux facteurs influençant la vitesse d’une réaction donnée (et non pas la comparaison de deux réactions compétitives). 1/ Facteurs physiques On s’intéresse tout d’abord à l’influence de la température, laquelle on le sait est très importante dans l’autre branche d’étude de la réaction chimique qu’est la thermodynamique. Expérimentalement on réalise l’oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée à 0°C, à l’ambiante et à 40°C. On observe alors le changement progressif de teinte (ne pas oublier les témoins!). On s’occupe ensuite d’un autre facteur physique important: la surface de contact entre les réactifs. En effet on sait que la réaction chimique n’a lieu que si les réactifs peuvent se rencontrer. Expérimentalement on réalise l’oxydation du fer par le diiode en solution dans l’eau. Avec de la limaille de fer la solution se décolore plus vite qu’avec un clou en fer de même masse. Remarque: Attention: il est fort probable que le clou en fer ne baigne pas totalement dans la solution... 2/ Un facteur chimique: la catalyse La vitesse de réaction peut être considérablement augmentée par la présence d’un catalyseur. On s’intéresse d’abord à la catalyse homogène: réaction des ions peroxodisulfate 2+ par l’eau oxygénée, avec et sans la présence de l’ion Fe . 2+ Attention: Il faudrait doser l’ion Fe avant et après la réaction pour montrer que cet ion n’est pas consommé. Par manque de temps, on s’abstient. On s’occupe ensuite de la catalyse hétérogène: la dismutation de l’eau oxygénée, catalysée par le platine. On peut faire 3 expériences: eau oxygénée seule, catalyse par un fil de platine et catalyse par la mousse de platine. III - Loi de vitesse On va s’occuper maintenant de l’étude détaillée de l’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle. On va pour cela faire un étude conductimétrique, la réaction produisant des ions hydronium qui augmentent considérablement la conductivité. On étudiera la courbe C=f(t) pour mesurer la vitesse, on tracera une autre courbe pour vérifier l’ordre de la réaction et déterminer la constante de vitesse. On déduira de la loi de Van-t-off un autre effet influençant la vitesse de la réaction: la concentration. Attention: le protole indique de prendre la conductivité toutes les deux minutes pendant 20 minutes. Mais au bout de 20 min. la réaction n’est pas achevée, il vaut mieux attendre encore 10 min. 3 Montage de chimie n°10 Conclusion générale Nous venons de montrer l’importance de la vitesse de réaction, qui fait qu’une réaction a dans les faits lieu ou pas (ce que ne permet pas dans l’absolu la thermodynamique). Ceci est très important dans l’industrie, où il faut produire vite. L’importance des effets cinétiques peut être illustrée dans la synthèse de l’ammoniac, dans laquelle il y a opposition entre les effets cinétiques et les effets thermodynamiques: à haute température l’ammoniac est thermodynamiquement instable mais à basse température la vitesse de la synthèse est trop faible. Il faut alors faire un compromis, ce qui implique une connaissance détaillée de la vitesse de réaction. D - Bibliographie Fiches de TP de P. Lalanne. “Terminale S, Chimie”, Collection Durupthy, Hachette. 4
