QCM réalisé avec le logiciel Questy

Pour s’auto-évaluer

AIDE

Les transformations quasi instantanées.

-  On dit que la réaction est rapide.

-  Sa durée est inférieure à la seconde.

-  On ne peut pas observer l’évolution de la réaction à l’œil.

Les transformations lentes.

-  Une réaction est lente si sa durée est de l'ordre de quelques secondes à plusieurs minutes.

-   On peut observer l'évolution de la réaction.

Les transformations extrêmement lentes ou infiniment lentes.

-  Une réaction est infiniment lente si sa durée est de l'ordre de plusieurs jours à plusieurs semaines.

-  On ne peut pas observer l’évolution de la réaction à l’œil.

Facteurs cinétiques :

►  La température :

-  La température d’un mélange réactionnel est un facteur cinétique.

-  L’avancement temporel d’une réaction augmente généralement avec la température.

-  La vitesse de formation ou de disparition d'un corps augmente généralement avec la température.

►  Ralentissement ou arrêt d’une réaction chimique.

-  La trempe :

-  Elle désigne le refroidissement brutal d’un milieu réactionnel pour le rendre cinétiquement inerte.

-  On utilise ce procédé lors de dosages en séances de travaux pratiques pour arrêter la réaction à un instant donné t.

-  Si le refroidissement est assez rapide, le système n’évolue plus et conserve la composition qu’il avait juste avant le refroidissement.

-  D’autre part, pour ralentir les réactions indésirables, on place les aliments au réfrigérateur ou au congélateur.

►  Influence de la concentration des réactifs :

-  De façon générale,

-  L’évolution d’un système chimique est d’autant plus rapide que les concentrations des réactifs sont élevées.

La catalyse :

-  Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction chimique.

-  Au cours de la transformation, il est consommé puis régénéré.

-  En conséquence, sa formule n’apparaît pas dans l’équation de la réaction.

►  Catalyse homogène :

-  La catalyse est dite homogène lorsque le catalyseur et le mélange réactionnel constituent une seule phase (forment un mélange homogène). C’est le cas des gaz et des liquides miscibles.

-  Exemples : dismutation de l’eau oxygénée en présence d’ions fer II ou d’ions fer III.

►  Catalyse hétérogène :

-  La catalyse est dite hétérogène lorsque le catalyseur et le milieu réactionnel se trouvent dans des phases différentes.

-  Exemples :

-  Expérience de la lampe sans flamme (on utilise un fil de cuivre chauffé comme catalyseur)

►  Catalyse enzymatique :

-  La catalyse est enzymatique lorsque le catalyseur est une enzyme.

-  Les enzymes sont des catalyseurs biologiques qui permettent aux transformations chimiques nécessaires à la vie de s’effectuer à vitesse élevée.

-  Les enzymes sont des protéines.

La vitesse d’évolution d’un système :

-  Vitesses volumiques :

►  Vitesse volumique d’apparition d’un produit P :

-  La vitesse volumique d’apparition v_app (P)_ti d’un produit P à l’instant t_i est assimilée au taux de variation de sa concentration [P] entre les instants proches t_i et t_i+1 :

-   

-  Lorsque l’on fait tendre Δt → 0,

-  Le taux de variation de la concentration [P] tend vers le nombre dérivé de [P] à l’instant considéré.

►  Vitesse volumique d’apparition d’un produit P :

-  La vitesse v_app (P)_t d’apparition ,d’un produit P, est égale à la dérivée par rapport au temps de sa concentration :

-   

►  Remarque :

-  À l’instant t₁, la vitesse v_app (P)_t1 est aussi égale au coefficient directeur de la tangente à la courbe [P] = f (t) donnant l’évolution de la concentration du produit P en fonction du temps t.

-  Représentation graphique :

►  Vitesse volumique de disparition d’un réactif R :

-  La vitesse volumique de disparition v_disp (R)_ti d’un réactif R à l’instant t_i est assimilée à l’opposé du taux de variation de sa concentration [R] entre les instants proches t_i et t_i+1 :

-   

-  Lorsque l’on fait tendre Δt → 0,

-  Le taux de variation de la concentration [R] tend vers l’opposé du nombre dérivé de [R] à l’instant considéré.

►  Vitesse volumique de disparition d’un réactif R :

-  La vitesse v_disp (R)_t de disparition, d’un réactif R, est égale à l’opposé de la dérivée par rapport au temps de sa concentration :

-   

►  Remarque :

-  À l’instant t₁, la vitesse v_disp (R)_t1 est aussi égale à l’opposé du coefficient directeur de la tangente à la courbe [R] = f (t) donnant l’évolution de la concentration du réactif R en fonction du temps t.

-  Représentation graphique :

►  Vitesse volumique et unités :

-  La vitesse volumique peut s’exprimer en mol . L^–1 . s^–1

-  On peut utiliser aussi : mol . L^–1 . min^–1

Temps de demi-réaction :

-  Le temps de demi-réaction t_1/2 d’un système chimique est la durée au bout de laquelle la moitié du réactif limitant a été consommé.

-  Détermination graphique :

-  L’expérience montre qu’un système siège d’une réaction caractérisée par le temps de réaction t_1/2 cesse pratiquement d’évoluer au bout d’une durée de l’ordre de quelques t_1/2 (4 à 7 suivant la précision recherchée).

►  Temps de demi-réaction à partir de l’évolution de la concentration d’un produit :

-  On peut déterminer t_1/2 à partir de l’évolution de la concentration d’un produit P au cours du temps :

-  Le temps de demi-réaction t_1/2 est la date pour laquelle :

-   

-  Détermination graphique :

Loi de vitesse d’ordre 1 :

-  Considérons la réaction chimique suivante :

a A + b B → c C + d D

-  Une réaction chimique est d’ordre 1 par rapport au réactif A, si lorsque le réactif B est en large excès,

les vitesses volumiques de disparition des réactifs ou d’apparition des produits

sont proportionnelles à la concentration [A]_t de l’espèce A au cours du temps :

-  Ainsi, on peut écrire :

-   

►  Reconnaître une loi de vitesse d’ordre 1.

-  Considérons la réaction chimique suivante :

a A + b B → c C + d D

-  Lorsque le réactif B est en large excès, il existe plusieurs méthodes pour vérifier que cette réaction est d’ordre 1 par rapport au réactif A :

►  Méthode 1 :

-  Il faut vérifier que le temps de demi-réaction t_1/2 est indépendant de la concentration initiale [A]₀ de l’espèce A.

►  Méthode 2 :

-  Il faut vérifier que les vitesses volumiques de disparition des réactifs ou d’apparition des produits sont proportionnelles à la  concentration [A]_t de l’espèce A au cours du temps.

►  Méthode 3 :

-  Il faut vérifier que l’évolution de la concentration [A]_t de l’espèce A au cours du temps obéit à une loi exponentielle du type :

-  [A]_t = [A]₀ . exp (- k . t)

-  [A]_t = [A]₀ . e ^{- k . t}

►  Remarques :

-  Influence de la concentration initiale [A]₀ de l’espèce A :

-  [A₁]₀ > [A₂]₀  > [A₃]₀

-  On remarque que le temps de demi-réaction t_1/2 est le même.

-  Lorsque la réaction suit la loi de vitesse d’ordre 1 par rapport au réactif A, le temps de demi-réaction t_1/2 est indépendant de la concentration initiale [A]₀.

►  Autre caractéristique du temps de demi-réaction t_1/2 :

-  Représentation graphique de [A]_t = f (t)

-  On remarque que, au bout du temps :

-  1 t_1/2, la concentration de l’espèce A a été divisée par 2¹.

-  2 t_1/2, la concentration de l’espèce A a été divisée par 2².

-  3 t_1/2, la concentration de l’espèce A a été divisée par 2³.

-  n t_1/2, la concentration de l’espèce A a été divisée par 2ⁿ.

-  Ceci est caractéristique d’une réaction qui suit une loi de vitesse d’ordre 1 par rapport au réactif A.

-  Cas d’un produit :

-  Représentation graphique de [P]_t = g (t)

-  On remarque que, au bout du temps :

-  Entre 0 et 1 t_1/2, la concentration de l’espèce P a augmenté de [P]_max / 2¹.

-  Entre 1 t_1/2 et 2 t_1/2, la concentration de l’espèce P a augmenté de [P]_max / 2².

-  Entre 2 t_1/2 et 3 t_1/2, la concentration de l’espèce P a augmenté de [P]_max / 2³.

-  Ceci est caractéristique d’une réaction qui suit une loi de vitesse d’ordre 1 par rapport au produit  P.

Évolution de la vitesse volumique au cours du temps (Loi de vitesse d’ordre 1 ) :

-  La vitesse d’une transformation chimique est maximale à l’instant initial.

-  Elle décroît ensuite et s’annule lorsque la réaction est terminée.

-  Les réactifs sont consommés au fur et à mesure que la réaction se poursuit.

-  Comme la concentration des réactifs est un facteur cinétique, la diminution de la concentration des réactifs entraîne la diminution de la vitesse.

-   Elle s’annule si le réactif limitant à totalement disparue