Exercices : Suivi temporel d’une transformation chimique
Suivi temporel d’une transformation chimique – vitesse de réaction
Chimie
Safi
# Résumé #
✍Les facteurs cinétiques :- La température : La vitesse d’évolution d’un système chimique est d’autant plus grande que sa température est plus élevée.
- La concentration initiale des réactifs : La vitesse d’évolution d’un système chimique est d’autant plus grande que les concentrations initiales sont plus importantes.
- L’emploi d’un catalyseur.
✍ Pour suivre l’évolution temporelle d’une transformation chimique, il faut connaitre son avancement x à chaque instant, pour cela nous utilisons des techniques physiques et d’autres chimiques :
- Conductimétrie : Pour les milieux réactionnels contenant des ions subissant une transformation.
- pH-métrie : Pour les milieux réactionnels contenant des ions oxonium H3O+ (ou H(aq)+) subissant une transformation.
- Mesure de volume ou de pression lorsqu’un gaz est mis en jeu.
- On trace la tangente à la courbe x=f(t) à l’instant ti.
- On calcule la valeur du rapport dtdx qui représente le coefficient directeur de cette tangente à l’instant ti et on le divise par la valeur de V (volume du mélange réactionnel).
On appelle temps de demi – réaction t1/2 la durée nécessaire pour que l’avancement de la réaction x soit égale à la moitié de sa valeur final xf :
Si la réaction est totale, on a x(t1/2)=2xmax.
Exercice ❶ : (SR 2019 SP)
L’équation de la réaction chimique entre les ions hydrogénocarbonate HCO3−(aq) et l’acide acétylsalicylique s’écrit :
Afin de suivre l’évolution de cette réaction, on introduit dans un ballon, un volume V=10 mL d’une solution aqueuse d’hydrogénocarbonate de sodium (Na(aq)++HCO3(aq)−) dont la concentration initiale effective des ions hydrogénocarbonate est : [HCO3−]=C=0,5 mol.L−1 puis à un instant choisi comme origine des dates (t=0) , on ajoute à la solution une quantité d’acide acétylsalicylique de masse m=0,5 g .(On considère que le volume du mélange réactionnel reste constant V=10 mL ).
La courbe de la figure ci-dessous représente l’évolution temporelle de l’avancement de la réaction x.
Exercice ❷ : (SN 2020 SVT)
À l’instant t0=0, on prépare une solution (S) en mélangeant un volume d’une solution aqueuse d’iodure de potassium (K(aq)++I(aq)−) contenant n1=8.10−2 mol d’ions I(aq)−, avec un volume d’une solution aqueuse de peroxodisulfate de sodium (Na(aq)++S2O8(aq)2−) contenant n2=2.10−2 mol d’ions S2O8(aq)2−. Le volume totale de la solution est V=200 mL . Au cours de la réaction, il se forme le diiode selon l’équation-bilan :
Exercice ❸ :
On verse un volume V1=10 mL d’une solution s’acide chlorhydrique de concentration C1=5 mol.L−1 dans un volume V2=40 mL d’une solution de thiosulfate de sodium (Na(aq)++S2O3(aq)2−) de concentration C2=0,5 mol.L−1
Le mélange blanchit progressivement par formation de soufre solide.
L’équation de la réaction s’écrit :
On suit la réaction en déterminant par une méthode appropriée, la concentration des ions thiosulfate. Cette évolution est représentée par la courbe ci-après :
et déterminer la valeur t1/2.
Exercice ❹ : (SN 2021 SP)
L’une des plus anciennes réactions de synthèse est la fabrication du savon. Le savon est un produit composé de molécules obtenues par réaction chimique, entre un composé organique et une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium.
Cette partie de l’exercice se propose d’étudier, par conductimétrie, la cinétique de la réaction de synthèse d’un savon. Cette réaction se produit entre l’éthanoate d’éthyle de formule CH3COOC2H5 et une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (Na(aq)++HO(aq)−).
À un instant choisi comme origine des dates t=0, on introduit, en excès, l’éthanoate d’éthyle dans un ballon contenant une quantité de matière n0(HO−)=10−3 mol d’ions hydroxyde. On obtient un mélange réactionnel ayant un volume V0=100 mL.
Il se produit, sous une température constante, une réaction modélisée par l’équation chimique suivante :
La courbe de la figure ci-contre donne les variations de la conductivité du mélange réactionnel en fonction du temps.
La droite (T) représente la tangente à la courbe au point d’abscisse t1=4 min.
L’expression de la conductivité σ du mélange réactionnel en fonction de l’avancement x de la réaction est : σ=0,25−160.x où σ est exprimée en S.m−1 et x en mol.
Exercice ❺ : (SR 2018 SP)
On introduit, à la date t=0, la quantité de matière n0 de l’éthanoate de méthyle dans un bécher contenant la même quantité de matière n0 d’hydroxyde de sodium (Na(aq)++HO(aq)−) de concentration C0=10−2 mol.L−1 et de volume V0.
On obtient un mélange réactionnel équimolaire de volume V≈V0=10−1 L.
L’équation de la réaction chimique produite s’écrit :
On suit l’évolution temporelle de cette transformation en mesurant la conductance G du mélange réactionnel à des instants différents.
Le graphe ci-dessous représente la courbe G(t).
A chaque instant t, l’avancement x(t) peut être calculé par l’expression :
Avec G(t) la conductance du mélange réactionnel exprimée en siemens S et x(t) en mol.
Exercice ❻ : (SM)
Le calcaire, principalement constitué de carbonate de calcium, réagit avec une solution d’acide chlorhydrique selon l’équation :
On se propose d’étudier dans cette première partie de l’exercice la cinétique de cette réaction. Pour cela on réalise dans un ballon, à la date t=0, le mélange d’une quantité de matière n0, de carbonate de calcium CaCO3(s) avec un excès d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique (H3O(aq)++Cl(aq)−). On obtient ainsi un mélange de volume Vm=100 mL. Le dioxyde de carbone formé est recueilli dans une éprouvette graduée.
Le graphe de la figure ci-contre représente la variation du volume V(CO2) de dioxyde de carbone dégagé en fonction du temps.
Au cours de l’expérience on maintient la température et la pression du gaz recueilli constantes : T=25 ∘C=298 K et P=1,02.105 Pa .On considère que le volume du mélange réactionnel reste constant.
- On suppose que le dioxyde de carbone recueilli est un gaz parfait et on rappelle que l’équation d’état des gaz parfaits est : PV=nRT ;
- Constante des gaz parfaits : R=8,314 (SI) ;
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