Chapitre 9 Cinétique

L’ESSENTIEL

Une transformation rapide se fait en une durée trop courte pour que nous puissions suivre l’évolution à l’œil ou avec nos instruments de mesure (ex. : réactions de précipitation, réactions acido-basiques).

Une transformation lente peut être suivie à l’œil ou avec des instruments de mesure pendant plusieurs minutes ou plusieurs heures.

La cinétique chimique étudie la durée de l’évolution d’un système chimique de l’état initial à l’état final et les facteurs influençant sur cette durée.

Facteurs cinétiques

Les facteurs cinétiques sont:

la température : l’augmentation de la température entraîne une diminution de la durée de la transformation ;

la concentration initiale des réactifs : l’augmentation de la concentration des réactifs entraîne une diminution de la durée de la transformation.

Étude cinétique d’une transformation

On peut déterminer la concentration d’un réactif ou d’un produit d’une réac-tion à un temps donné, par son dosage.

On peut également utiliser des méthodes physiques comme la conductimétrie, la spectrophotométrie, la mesure du volume pour des gaz.

Vitesse volumique d’une réaction

avec : v : vitesse volumique de la réaction (mol·m⁻³·s⁻¹)

V : volume de la solution (en m³)

dx_(t) : variation de l’avancement (en mole)

dt : durée de la variation (en seconde).

Cette vitesse peut être évaluée en traçant la tangente à la courbe x = f(t) à la date t (ci-dessous) et en déterminant la valeur du coefficient directeur de cette tangente.

La vitesse de réaction diminue toujours quand la transformation progresse (sauf dans le cas d’une autocatalyse).

Temps de demi-réaction

C’est la durée au bout de laquelle, l’avancement x est égal à la moitié de l’avancement final.

Pour déterminer le temps de demi-réaction, on calcule l’avancement maximal à partir du réactif limitant. Puis on calcule sa moitié et on reporte cette valeur sur la courbe x = f(t).

S’ENTRAÎNER

QCM

Saint-Michel 2010 – Cinétique

QUESTION 1 : À PROPOS DE CINÉTIQUE

Soit l’équation de dimérisation : 2 NO_2(g) = N₂O_4(g).

La variation de 1/[NO₂] (L·mol⁻¹) est donnée ci-dessous:

Quelles affirmations sont exactes ?

A. Le temps de demi-réaction est t_½ = 50 min

B. Le temps de demi-réaction est t_½ = 100 min

C. La vitesse de la réaction est définie par : v = −½d[NO₂]/dt

D. La vitesse de la réaction est définie par : v = −d[NO₂]/dt

QUESTION 2

On dit qu’un catalyseur est sélectif:

A. S’il augmente la vitesse de formation d’un produit au détriment d’un autre

B. S’il agit de façon non prévisible sur les réactifs

C. S’il nécessite des conditions de température ou de pression particulières pour agir

D. S’il augmente la vitesse d’évolution d’une transformation de façon pri-vilégiée

Saint-Michel 2009 – Cinétique : temps de demi-réaction

L’avancement x(t) d’une certaine réaction chimique a pour expression : où t est en heure et x en mole.

Le temps de demi-réaction est:

A. 1,25 h

B. 30 h

C. 75 min

D. 24 h

Saint-Michel 2009

Un catalyseur:

A. Est sélectif, si à partir d’un système initial susceptible d’évoluer selon plusieurs réactions, il accélère préférentiellement l’une d’elles

B. Améliore le rendement d’une réaction

C. Peut déclencher une réaction non naturelle

D. Augmente la vitesse d’une transformation et diminue la vitesse de la transformation inverse

E. N’apparaît pas dans l’équation de la réaction

Saint-Michel 2008 – Cinétique

L’avancement d’une réaction chimique totale varie avec le temps suivant l’équation : avec t en min et x(t) en mol.

La vitesse initiale de cette réaction est en mol·L⁻¹·min⁻¹:

A. 0,4

B. 5

C. 0,2

D. 4

E. 0,5.

Données : volume de la solution V = 10 dL.

Saint-Michel 2008 – Catalyse

Quelles affirmations sont exactes ?

A. Un catalyseur peut orienter une réaction chimique

B. Dans une catalyse hétérogène, la surface du catalyseur n’a pas d’importance

C. Un catalyseur augmente uniquement la vitesse initiale d’une réaction chimique

D. Dans une catalyse enzymatique, l’enzyme est consommée par la réaction chimique

E. Un catalyseur n’intervient pas sur la réaction inverse d’un équilibre

Les questions 6 et 7 sont dépendantes l’une de l’autre.

L’hydrolyse du saccharose donne du glucose et du fructose.

C₁₂H₂₂O₁₁ + H₂O → C₆H₁₂O₆ + C₆H₁₂O₆

On prépare une solution de concentration C₀ = 0,200 mol·L⁻¹.

On donne l’évolution de la concentration du saccharose en fonction du temps:

Quelle est la vitesse volumique de la réaction à t = 0 s (unité : mol·L⁻¹·s⁻¹) ?

A. 5·10⁻⁴

B. 3·10⁻⁶

C. 6·10⁻⁴

D. 9·10⁻⁴

E. 9·10⁻⁶

F. 6·10⁻⁶

Quelle est la vitesse volumique de la réaction à t = 350 min (unité : mol·L⁻¹·s⁻¹) ?

A. 2·10⁻⁶

B. 3·10⁻⁶

C. 7·10⁻⁴

D. 1·10⁻⁴

E. 6·10⁻⁶

F. 9·10⁻⁶

À propos des phénomènes de catalyse… Quelles sont les affirmations exactes ?

A. Lors d’une catalyse hétérogène, le catalyseur participe au mécanisme réactionnel

B. Lorsque plusieurs réactions naturelles peuvent se dérouler, un catalyseur convenablement choisi accélère sélectivement l’une de ces réactions

C. Lors de l’oxydation de l’acide oxalique par les ions permanganate, la vi-tesse de formation des produits diminue quand la concentration des réactifs diminue

D. Au cours de la dismutation du peroxyde d’hydrogène, toxique pour les cellules de l’organisme humain, celui-ci est détruit par l’amylase, enzyme protéique

E. La réaction d’hydrolyse d’un ester est catalysée par les ions H₃O⁺

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