Exercice ❶ : (SR 2019 SP)

L’équation de la réaction chimique entre les ions hydrogénocarbonate $\mathrm{HCO_3^-{}_{(aq)}}$ et l’acide acétylsalicylique s’écrit :

Afin de suivre l’évolution de cette réaction, on introduit dans un ballon, un volume $\mathbf{V=10\ mL}$ d’une solution aqueuse d’hydrogénocarbonate de sodium $\left(\mathrm{Na^+_{(aq)}+HCO^-_{3(aq)}}\right)$ dont la concentration initiale effective des ions hydrogénocarbonate est : $\mathbf{[HCO_3^-]=C=0{,}5\ mol.L^{-1}}$ puis à un instant choisi comme origine des dates ($t=0$) , on ajoute à la solution une quantité d’acide acétylsalicylique de masse $\mathbf{m=0{,}5\ g}$ .(On considère que le volume du mélange réactionnel reste constant $\mathbf{V=10\ mL}$ ).
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 $t_0=0$, on prépare une solution (S) en mélangeant un volume d’une solution aqueuse d’iodure de potassium $\left(\mathrm{K^+_{(aq)}+I^-_{(aq)}}\right)$ contenant $\mathbf{n_1=8.10^{-2}\ mol}$ d’ions $\mathrm{I^-_{(aq)}}$, avec un volume d’une solution aqueuse de peroxodisulfate de sodium $\left(\mathrm{Na^+_{(aq)}+S_2O^{2-}_{8(aq)}}\right)$ contenant $\mathbf{n_2=2.10^{-2}\ mol}$ d’ions $\mathrm{S_2O^{2-}_{8(aq)}}$. Le volume totale de la solution est $\mathbf{V=200\ mL}$ . Au cours de la réaction, il se forme le diiode selon l’équation-bilan :

Exercice ❸ :

On verse un volume $\mathbf{V_1=10\ mL}$ d’une solution s’acide chlorhydrique de concentration $\mathbf{C_1=5\ mol.L^{-1}}$ dans un volume $\mathbf{V_2=40\ mL}$ d’une solution de thiosulfate de sodium $\left(\mathrm{Na^+_{(aq)}+S_2O^{2-}_{3(aq)}}\right)$ de concentration $\mathbf{C_2=0{,}5\ mol.L^{-1}}$
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 $\mathbf{t_{1/2}}$.

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 $\mathrm{CH_3COOC_2H_5}$ et une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium $\left(\mathrm{Na^+_{(aq)}+HO^-_{(aq)}}\right)$.
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 $\mathbf{n_0(HO^-)=10^{-3}\ mol}$ d’ions hydroxyde. On obtient un mélange réactionnel ayant un volume $\mathbf{V_0=100\ mL}$.
Il se produit, sous une température constante, une réaction modélisée par l’équation chimique suivante :

❷ On mesure, à chaque instant, la conductivité $\boldsymbol{\sigma}$ du mélange réactionnel.

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 $\mathbf{t_1=4\ min}$.

L’expression de la conductivité $\boldsymbol{\sigma}$ du mélange réactionnel en fonction de l’avancement $x$ de la réaction est : $\mathbf{\sigma=0{,}25-160.x}$ où $\sigma$ est exprimée en $\mathbf{S.m^{-1}}$ et $x$ en $\mathbf{mol}$.

❷❶ Définir le temps de demi-réaction $\mathbf{t_{1/2}}$.

❷❷ A l’aide de l’expression $\mathbf{\sigma=f(x)}$ et de la courbe de la figure, déterminer la valeur de $\mathbf{t_{1/2}}$.

❷❸ Montrer que la vitesse volumique de la réaction à un instant $t$ s’écrit sous la forme:

$$\mathbf{v=-\dfrac{1}{160.V_0}\,\dfrac{d\sigma}{dt}}$$

Exercice ❺ : (SR 2018 SP)

On introduit, à la date $t=0$, la quantité de matière $\mathbf{n_0}$ de l’éthanoate de méthyle dans un bécher contenant la même quantité de matière $\mathbf{n_0}$ d’hydroxyde de sodium $\left(\mathrm{Na^+_{(aq)}+HO^-_{(aq)}}\right)$ de concentration $\mathbf{C_0=10^{-2}\ mol.L^{-1}}$ et de volume $\mathbf{V_0}$.
On obtient un mélange réactionnel équimolaire de volume $\mathbf{V\approx V_0=10^{-1}\ L}$.
L’équation de la réaction chimique produite s’écrit :

On suit l’évolution temporelle de cette transformation en mesurant la conductance $\mathbf{G}$ du mélange réactionnel à des instants différents.
Le graphe ci-dessous représente la courbe $\mathbf{G(t)}$.

A chaque instant $t$, l’avancement $\mathbf{x(t)}$ peut être calculé par l’expression :

Avec $\mathbf{G(t)}$ la conductance du mélange réactionnel exprimée en siemens $\mathbf{S}$ et $\mathbf{x(t)}$ en $\mathbf{mol}$.

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 $n_0$, de carbonate de calcium $\mathrm{CaCO_{3(s)}}$ avec un excès d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique ($\mathrm{H_3O^+_{(aq)}+Cl^-_{(aq)}}$). On obtient ainsi un mélange de volume $\mathbf{V_m=100\ mL}$. Le dioxyde de carbone formé est recueilli dans une éprouvette graduée.

Le graphe de la figure ci-contre représente la variation du volume $V(\mathrm{CO_2})$ 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 : $\mathbf{T=25\ {}^{\circ}C=298\ K}$ et $\mathbf{P=1{,}02.10^5\ Pa}$ .On considère que le volume du mélange réactionnel reste constant.

Données :

• 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 : $\mathbf{R=8{,}314}$ (SI) ;

❶ Dresser le tableau d’avancement.