1 Exercices Vitesse de Reaction Eleve

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  I METHODE DE SUIVI TEMPOREL D'UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE EXERCICE N°10 p49 Méthodes de suivi de l'évolution temporelle d'un système chimique  1. a. La spectrophotométrie consiste à mesurer, à l 'aide d'un spectrophotomètre, l' absorbance A d'une solution contenant une espèce chimique X colorée  qui absorbe dans le domaine du visible. Une courbe d'étalonnage A =  f ([X]) permet de déterminer la concentration de l'espèce X à partir de la mesure de l'absorbance. b. On peut suivre par spectrophotométrie l'évolution de la concentration du diiode I 2  au cours du temps car c'est la seule espèce colorée , donc qui absorbe dans le domaine visible. 2. a. Un titrage colorimétrique est un titr age pour lequel l'équivalence est repérée par un changement  de couleur de la solution, provoqué par l'apparition ou l a disparition d'une espèce colorée. Le repérage du volume versé à l'équivalence permet de calculer la concentration de l'espèce à titrer. b. On peut suivre l'évolution de la concentration en diiode par titrage colorimétrique en versant dans des prises d'essai du mélange réactionnel une solution titrante contenant des ions thiosulfate. Afin de déterminer la concentration en diiode à une date donnée, on procède à une trempe en versant la prise d'essai du mélange réactionnel dans de l' eau glacée ce qui permet de "bloquer" l'évolution du système chimique à la date considérée. 3. Pour suivre l'évolution de la concentration en ions H + (aq)  on peut réaliser un titrage acido-basique en faisant réagir les ions H + (aq)  avec des ions hydroxyde HO - (aq) . Comme précédemment, on procédera à une trempe. 1) LE TITRAGE OU DOSAGE ( méthode chimique ) EXERCICE N°24 p31 Préparation d'une solution basique  1. a. S 2  étant dix fois moins concentrée que S 1 , on a c 2  = c 1  /10. Lors d'une dilution, la quantité de matière de la substance diluée reste constante, n 2  = n 1  soit c 2 .V 2  = c 1 .V 1  D'où V 2  .c 1  /10 = c 1 .V 1. Il faut donc prélever un volume V 1 = V 2  /10 = 50 ml de s olution S 1 . On verse dans un bécher  une centaine de mL de solution S 1 , on prélève à l'aide d'une pipette  jaugée de 50 mL munie d'une propipette un volume de 50 mL de solution. On verse ce prélèvement dans une fiole jaugée de 500 mL contenant déjà environ 200 mL d'eau. On agite puis on complète jusqu'au trait de jauge, on bouche et on agite pour homogénéiser. b. Au cours d'une dilution, la quantité de matière d'hydroxyde de sodium se conserve, on a alors : C 1 .V 1  = C 2 .V 2  d'où la concentration de la solution S 2  : C 2  = 1 1 2 C .V V  = 1,1 50 500 ×  = 0,11 mol.L -1 . 2. a. Schéma du dispositif utilisé pour réaliser le titrage : b. Équation chimique de la réaction de titrage : H 3 O + (aq)  + HO - (aq)  2H 2 O (l) burette graduée contenant l'acide chlorhydrique bécher contenant la solution S 2  

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I METHODE DE SUIVI TEMPOREL D'UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE EXERCICE N10 p49 Mthodes de suivi de l'volution temporelle d'un systme chimique 1. a. La spectrophotomtrie consiste mesurer, l'aide d'un spectrophotomtre, l'absorbance A d'une solution contenant une espce chimique X colore qui absorbe dans le domaine du visible. Une courbe d'talonnage A = f([X]) permet de dterminer la concentration de l'espce X partir de la mesure de l'absorbance. b. On peut suivre par spectrophotomtrie l'volution de la concentration du diiode I2 au cours du temps car c'est la seule espce colore, donc qui absorbe dans le domaine visible. 2. a. Un titrage colorimtrique est un titrage pour lequel l'quivalence est repre par un changement de couleur de la solution, provoqu par l'apparition ou la disparition d'une espce colore. Le reprage du volume vers l'quivalence permet de calculer la concentration de l'espce titrer. b. On peut suivre l'volution de la concentration en diiode par titrage colorimtrique en versant dans des prises d'essai du mlange ractionnel une solution titrante contenant des ions thiosulfate. Afin de dterminer la concentration en diiode une date donne, on procde une trempe en versant la prise d'essai du mlange ractionnel dans de l'eau glace ce qui permet de "bloquer" l'volution du systme chimique la date considre. 3. Pour suivre l'volution de la concentration en ions H+(aq) on peut raliser un titrage acido-basique en faisant ragir les ions H+(aq) avec des ions hydroxyde HO-(aq). Comme prcdemment, on procdera une trempe. 1) LE TITRAGE OU DOSAGE ( mthode chimique ) EXERCICE N24 p31 Prparation d'une solution basique 1. a. S2 tant dix fois moins concentre que S1, on a c2 = c1/10. Lors d'une dilution, la quantit de matire de la substance dilue reste constante, n2 = n1 soit c2.V2 = c1.V1 Il faut donc prlever un volume V1= V2/10 = 50 ml de solution S1. D'o V2 .c1/10 = c1.V1. On verse dans un bcher une centaine de mL de solution S1, on prlve l'aide d'une pipette jauge de 50 mL munie d'une propipette un volume de 50 mL de solution. On verse ce prlvement dans une fiole jauge de 500 mL contenant dj environ 200 mL d'eau. On agite puis on complte jusqu'au trait de jauge, on bouche et on agite pour homogniser. b. Au cours d'une dilution, la quantit de matire d'hydroxyde de sodium se conserve, on a alors : C .V 1,1 50 C1.V1 = C2.V2 d'o la concentration de la solution S2 : C2 = 1 1 = = 0,11 mol.L-1. V2 500 2. a. Schma du dispositif utilis pour raliser le titrage : burette gradue contenant l'acide chlorhydrique

bcher contenant la solution S2

b. quation chimique de la raction de titrage : H3O+(aq) + HO-(aq)

2H2O (l)

c. Tableau d'avancement permettant de dcrire le systme chimique l'quivalence quation chimique tat du systme Avancement tat initial 0 tat intermdiaire x tat final xquiv + H3O+(aq) n(H3O+) n(H3O+)vers n(H3O+)vers - x n(H3O+)vers - xq uiv HO-(aq) n(HO-) n(HO-)i n(HO-)i - x n(HO-)i - xquiv 2H2O (l) n(H2O)

l'quivalence le changement de ractif limitant se traduit par les relations : n(H3O+)quiv. = 0 = n(H3O+)vers - xq uiv et n(HO-)quiv. = 0 = n(HO-)i - xquiv d'o xquiv = n(HO-)i = n(H3O+)vers. CA .Vquiv n(HO )i 0,100 12,5 = = 0,125 mol.L-1. La concentration de la solution S2 est : C2 = = VB VB 10, 0 Remarque : On peut galement dduire ce rsultat directement d'aprs l'quation bilan ( plus rapide mais attention aux coefficients stchiomtriques ) car ici le tableau davancement na pas t demand. d. Volume V 'B de solution S2 prlever sachant que la quantit de matire d'hydroxyde de sodium C .V 0,10 250 est conserve au cours de la dilution : C2. V 'B = CB.V soit V 'B = B = = 200 cm3. C2 0,125 EXERCICE N14 p50 Temps de demi-raction 1. Le temps de demi-raction est le temps ncessaire pour que lavancement atteigne la moiti de sa valeur maximale. 2. a. La courbe de l'exercice n 12 indique xf = xmax = 11 mol. x b. x1/2 = max = 5,5 mol, la dure ncessaire pour atteindre cette valeur est t1/2 = 5,3 min. 2 2) LA SPECTROPHOTOMETRIE ( mthode physique ) EXERCICE N16 p29 Loi de Beer-Lambert 1. La loi de Beer-Lambert traduit la proportionnalit entre l'absorbance A d'une espce X et sa concentration [X] : A = .l.[X] o [X] s'exprime en mol.L-1 et l en cm. 2. Calcul de l'absorbance de la solution de sulfate de nickel :A = 700 [Ni2+].l = 22 1.10-1 1 = 2,2. EXERCICE N25 p31 1) S2O82-(aq) + 2e2I- (aq)

2SO42-(aq) I2(aq) + 2e-

S2O82-(aq) + 2I- (aq) 2SO42-(aq) + I2(aq) 2) n(S2O82-)i = [S2O82-].V soit n(S2O82-) i =1,0.10-2 x 10.10-3 = 1,0.10-4 mol n(I-) i = [I-].V soit n(I-) i =1,0.10-2 x 10.10-3 = 1,0.10-4 mol D'aprs l'quation bilan on en dduit que le peroxodisulfate est en excs. Si on dresse le tableau descriptif on a: EQUATION CHIMIQUE 2I- + S2O8 2- 2SO4 2+ I2 Etat du systme Avancement Quantit de matire(mol) 1,0.10-4 1,0.10-4 0 0 EI 0 -4 -4 1,0.10 -2X 1,0.10 -X 2X X En cours de transformation X Xmax= 5,0.10-5 mol 0 5,0.10-5 1,0.10-4 5,0.10-5 EF A l'tat final on a : n(S2O82-)f =5,0.10-5 mol n(I-) f = 0 mol n(I2) f = 5,0.10-5 mol n(SO42-)f =1,0.10-5 mol + + 2-4 2+ 2+ n(Na )f = n(Na )i =2*n(S2O8 )i =2,0.10 mol n(Ca ) i = n(Ca ) f = 0,.5*n(I-) i = 5,0.10-5 mol car les ions sodiums et calciums sont spectateurs

3) a) M(Na2S2O8) = 238.2 g.mol-1 c = cm /M soit 2,38/238.2 = 1,00 10-2 mol.l-1 2[S2O8 ]i = c car lors de la dissolution, une mole de solut donne une mole d'ions peroxodisulfate. M'(CaI2) = 293.9 g.mol-1 c' = c'm/M' soit 2,94/293,9 = 1,00 10-2 mol.l-1 [I ] i = 2c' car lors de la dissolution, une mole de solut donne deux moles d'ions iodure D'o l'tat initial on a: n(S2O82-)i = c.V soit 1,00.10-2 x 10.10-3 = 1,0.10-4 mol n(Na+)i =2*n(S2O82-)i =2,0.10-4 mol n(I-) i = 2c'.V soit 2,00.10-2 x 10.10-3 = 2,0.10-4 mol n(Ca2+) i = 0,.5*n(I-) i = 1,0.10-4 mol Les ions peroxodisulfates et les ions iodures sont donc en proportions stchiomtriques EQUATION CHIMIQUE 2I+ S2O8 2- 2SO4 2+ I2 Etat du systme Avancement Quantit de matire(mol) 2,0.10-4 1,0.10-4 0 0 EI 0 -4 -4 2,0.10 -2X 1,0.10 -X 2X X En cours de transformation X Xmax= 1,0.10-4 mol 0 0 2,0.10-4 1,0.10-4 EF D'o l'tat final on a: n(S2O82-)f = 0 mol n(Na+)i = n(Na+)f =2,0.10-4 mol n(I-) i = 0 mol n(Ca2+) i = n(Ca2+) f = 1,0.10-4 mol b) Il n'y a aucune valeur d'avancement pour laquelle ce systme se trouve dans le mme tat que l'tat final du systme prcdent, puisque les quantits initiales de ractifs ne sont pas dans des rapports identiques. c) La temprature du systme tant la mme dans les deux expriences, le seul facteur cintique susceptible d'intervenir ici est la concentration des ractifs. Le volume total du mlange est V total = 20ml. Premire exprience: [S2O82-]1 = n(S2O82-)1/ Vtotal soit 1,0.10-4/20.10-3 = 5,0.10-3 mol.l-1 [I-]1 = n(I-)1/V total soit 1,0.10-4 /20.10-3 = 5,0.10-3 mol.l-1 Deuxime exprience: [S2O82-]2 = n(S2O82-]2 /V total soit 1,0.10-4/20.10-3 = 5,0.10-3 mol.l-1 [I-]2 = n(I-)2/V total soit 2,0.10-4 /20.10-3 = 1,0.10-2 mol.l-1 La concentration en ions peroxodisulfate est la mme dans les deux cas. La concentration en ions iodure est double dans la deuxime exprience, la vitesse de la transformation est donc suprieure celle de la premire exprience. L'tat considr du systme est atteint plus rapidement dans le deuxime cas. 4) Pour effectuer un suivi temporel de la transformation, on peut mesurer l'absorbance de la solution diffrents instants. A l'aide d'une courbe d'talonnage A=f(c), pralablement trace, on peut connatre l'volution dans le temps de la concentration en espces absorbante, savoir le diiode. EXERCICE N27 p32 Un vin blanc I. Principe du dosage spectrophotomtrique 1. L'absorbance A tant proportionnelle la concentration massique C de la substance colore on peut crire : A = k.C. 2. a. Demi-quation associe au couple Fe3+(aq) / Fe2+(aq) : Fe3+(aq) + e- = Fe2+(aq). b. Le vin contient des ions fer (ll) et des ions fer (lll), en effectuant une rduction des ions fer (lll) cela permet en un seul dosage de dterminer la teneur globale en lment fer du vin. II. Prparation de l'chelle de teintes 1. a. Verrerie utiliser pour prparer les mlanges : Solution S verser l'aide d'une burette gradue de 25 mL ( matriel D2 ) Eau distille verser l'aide d'une burette gradue de 50 mL ( matriel D3 ) Solution d'hydroquinone prlever l'aide d'une pipette jauge de 1 mL ( matriel C1 ) Ractif orthophnantroline prlever l'aide d'une pipette jauge de 2 mL ( matriel C2 ) b. Du mlange n 1 au mlange n 8 la concentration en ions fer (ll) dcrot donc la couleur rouge due l'orthophnantroline en prsence de fer est de moins en moins intense. Le mlange n 8 ne contenant pas de fer est incolore. 8 12, 5.103 2. Concentration massique en ions fer (ll) dans le mlange n 4 : C4 = = 2,5 mg.L-1. 3 40.10

III. Le dosage spectrophotomtrique 1. L'absorbance tant proportionnelle la concentration, la courbe A = f(C) est une droite passant par l'origine. Aprs avoir effectu le trac de la droite passant par l'origine et le maximum de points exprimentaux, on recherche l'abscisse du point d'ordonne A = 0,45. On trouve une concentration massique en ions fer (ll) : C = 2,25 mg.L-1. 2. La concentration massique dtermine prcdemment reprsente la concentration massique des ions fer (ll) dans le mlange donc la concentration massique totale des ions fer (ll) et fer (lll) dans le vin 2, 25 40.103 blanc est : Cvin = = 4,5 mg.L-1. 3 20.10 Comme Cvin < 10 mg.L-1, ce vin blanc n'est pas susceptible de subir la casse ferrique. EXERCICE N30 p34 Dosage de l'lment fer dans un vin blanc I. Courbe d'absorbance 1. Demi-quation associe aux ions Fe3+ et Fe2+ : Fe3+(aq) + e- = Fe2+(aq). 2. On utilise une solution tampon qui permet de maintenir le pH au voisinage de 4 car le complexe form entre les ions Fe2+ et l'orthophnantroline est stable en milieu acide. 3. L'absorbance de la solution est maximale pour la longueur d'onde m = 515 nm II. Prparation des solutions talons 1. Prparation du tube talon n 3 de concentration massique C Fe2+ = 6 mg.L-1 partir de la solution (S') de concentration C 'Fe2+ : la conservation de la quantit de matire n Fe2+ au cours de la dilution permet d'crire C 'Fe2+ .V' = C Fe2+ .V d'o le volume V' prlever V' = et Veau = 10 3 4,5 = 2,5 mL. Des calculs semblables permettent de complter le tableau suivant : Tube n Volume de S' (mL) Volume d'eau (mL) 0 0 5,5 1 1 4,5 2 2 3,5 6 10.103 = 3.10-3 L = 3 mL 20

2. Prparation de la solution S' : le volume Vo prlever est Vo =

3 3 2,5 C'Fe2+ .V

Co

4 5 4 5 1,5 0,5 20 0,1 = = 2.10-2 L = 20 mL 100

Mode opratoire pour effectuer la dilution : On prlve le volume Vo = 20 mL, l'aide d'une pipette jauge pralablement rince avec la solution mre. On verse ce volume dans une fiole jauge de 100 mL pralablement rince l'eau distille. Ajouter de l'eau distille jusqu'au trait de jauge. Boucher et agiter pour homogniser. 3. La masse de solide dissoudre pour prparer 1 L de solution de concentration Co est : Co 100.103 m = n M = [Fe2+] V M avec [Fe2+] = = = 1,79.10-3 mol.L-1 et M(Fe) 55,8 M((NH4)2Fe(SO4)2,6H2O) = (14 + 4) 2 + 55,8 +(32 + 4 16) 2 + 6 18 = 391,6 g.mol-1 soit m = 1,79.10-3 1 391,6 = 0,701 g 700 mg III. Dtermination de la concentration de l'lment fer du vin blanc 1. a. Courbe A = f([Fe2+])A

0,57

[Fe2+] (mg.L-1) 3,2

b. La courbe obtenue est une droite passant par l'origine, son quation est du type A = k.[Fe2+] avec k = 0,18 L.mg-1. Ceci est en accord avec la loi de Beer-Lambert A = .l.c o .l = Cte et c = [Fe2+] 2. a. Par lecture graphique on a : .[Fe2+] = 3,2 mg.L-1. b. Le vin blanc est la seule source d'lment fer et les 10 mL doss contiennent 5 mL de vin blanc d'o la concentration massique du fer dans le vin blanc .[Fe2+]vin = 6,4 mg.L-1. EXERCICE N19 p51 Suivi cintique par spectrophotomtrie 1. Quantits de matire initiales : ion iodure n(I-)i = 1,0.10-1 18.10-3 = 1,8.10-3 mol peroxyde d'hydrogne n(H2O2)i = 1,0.10-1 2.10-3 = 2,0.10-4 mol. Un tableau d'avancement permet d'crire n(H2O2)i xmax = 0 xmax = n(H2O2)i = 2,0.10-4 mol n(I )i ou bien n(I-)i - 2 xmax = 0 xmax = = 9,0.10-4 mol donc le peroxyde d'hydrogne est bien le 2 ractif limitant. 1 dx(t) 2. a. La vitesse de raction est donne par la relation v(t) = . , d'aprs l'quation chimique V dt d[I 2 ] 1 dn(I 2 ) 1 d([I 2 ].V) x(t) = n(I2) d'o v(t) = . = . = . V dt V dt dt Pour dterminer la vitesse de raction partir du graphe, on trace la tangente la courbe [I2] = f(t) la date considre et on calcule le coefficient directeur de la droite ainsi trace. 7.103 3.103 b. Calcul de la vitesse la date t = 100 s : v100 = = 2,0.10-5 mol.L-1.s-1. 200 0 c. La vitesse de raction diminue au cours du temps car la concentration des ractifs diminue. x n(I 2 ) 2.104 3. La concentration du diiode au bout d'un temps infini est [I2] = = max = = V V 30.103 6,7.10-3 mol.L-1. Ce rsultat est en accord avec la courbe qui prsente une asymptote d'quation [I2] 6,7.10-3 mol.L-1. [I ] 4. a. La concentration en diiode [I2] = 2 = 3,4.10-3 mol.L-1 correspond la date t1 = 50 s. 2 x max b. cette date x = , l'avancement ayant atteint la moiti de sa valeur finale, la date correspond 2 au temps de demi-raction. 5. a. Le peroxyde d'hydrogne est le ractif limitant. La quantit de diiode l'tat final dpend de la quantit de peroxyde d'hydrogne initialement introduite. Si celle-ci est plus faible, [I2] sera plus faible galement, le volume total de solution restant inchang. b. Allure des courbes [I2] = f(t) pour deux valeurs de la concentration initiale en peroxyde d'hydrognecourbe obtenue avec la solution de peroxyde d'hydrogne de concentration 0,1 mol.L-1

[I2] (mmol.L-1)

courbe obtenue avec une solution de peroxyde d'hydrogne moins concentre

t (s)

2) LA CONDUCTIMETRIE ( mthode physique ) EXERCICE N14 p29 Concentration d'une solution de chlorure de potassium 1. Courbe d'talonnage G = f( c ). 2. La concentration de la solution de chlorure de potassium de conductance G = 6,0 mS est c = 4,3.10-2 mol.L-1. II VITESSE DE REACTION 43 mmol.L-1 1) VITESSE VOLUMIQUE EXERCICE N13 p50 Vitesse de raction 1. La vitesse de raction est gale la drive par rapport au temps du rapport entre l'avancement de la 1 dx(t) . . Elle s'exprime en mol.L-1.s-1. raction x(t) et le volume V du milieu ractionnel. v(t) = V dt 2. Tableau descriptif de l'volution du systme :

quation chimique tat du systme tat initial tat intermdiaire3. D'aprs le tableau, on a :2 8 2 i 8

2 S2O 8 2 8

(aq)

+

Avancement 0 x

n(S2O ) n(S2O )2 i 8 2 n(S2O 8 )i - x

2 I- (aq) n(I-) n(I )i n(I )i 2x-

2 SO 2 42 4

(aq)

+

n(SO ) 0 2x

I2 (aq) n(I2) 0 x

2 1 dn(S 2O 8 ) n(S2O ) = n(S2O ) x d'o x = n(S2O ) - n(S2O ) et v(t) = . V dt n(I )i n(I ) 1 dn(I ) n(I-) = n(I-)i 2x d'o x = et v(t) = . 2 2V dt 2 2 n(SO 4 ) 1 dn(SO 4 ) 1 dn(I 2 ) n(SO 2 ) = 2x d'o x = et v(t) = . et n(I2) = x d'o v(t) = . . 4 2 2V dt V dt 4. Expression de la vitesse de raction en fonction des concentrations de chacune des espces : 2 2 2 d[S 2O 8 ] 1 dn(S2 O8 ) 1 d([S2 O8 ].V) v(t) = . =. =V dt V dt dt 1 dn(I ) 1 d([I ].V) 1 d[I ] v(t) = . =. =- . 2V dt 2V dt 2 dt 2 2 2 1 dn(SO 4 ) 1 d([SO 4 ].V) 1 d[SO 4 ] v(t) = . = . = . 2V dt 2V dt 2 dt d[I 2 ] 1 dn(I 2 ) 1 d([I 2 ].V) et v(t) = . = . = V dt V dt dt2 i 8 2 8

EXERCICE N18 p51 Formation lente d'ions chrome (lll) 1. a. Quantits de matire initiales : 1 2 ion dichromate n(Cr2O 7 )i = 50.10-3 = 8,3.10-4 mol 60 acide thanedioque n(H2C2O4)i = 6.10-2 50.10-3 = 3.10-3 mol. b. Tableau descriptif de lvolution du systme chimique :

+ 3 H2C2O4 + 8 H3O+ 2 Cr3+ + 6 CO2 + 15 H2O 2 tat du systme Avancement n(Cr2O 7 ) n(H2C2O4) n(H3O+) n(Cr3+) n(CO2) n(H2O) tat initial 0 8,3.10-4 3.10-3 en excs 0 0 en excs -4 -3 tat intermdiaire x 8,3.10 - x 3.10 3 x en excs 2 x 6x en excs tat final xmax 8,3.10-4 - xmax 3.10-3 3 xmax en excs 2 xmax 6 xmax en excs2 Cr2O 7

quation chimique

Dtermination de l'avancement maximal : 2 xmax = 8,3.10-4 mol ou bien n(H2C2O4)f = 3.10-3 3 xmax = 0 n(Cr2O 7 )f = 8,3.10-4 - xmax = 0 xmax = 1.10-3 mol d'o xmax tant la plus petite valeur qui annule la quantit de matire d'un des ractifs xmax = 8,3.10-4 mol. 2. a. La vitesse de raction est gale la drive par rapport au temps du rapport entre l'avancement de 1 dx(t) la raction x(t) et le volume V du milieu ractionnel. v(t) = . . V dt b. Expression de la vitesse en fonction de [Cr3+] n(Cr 3+ ) D'aprs le tableau d'avancement n(Cr3+) = 2 x soit x = et 2 1 dn(Cr 3+ ) 1 d([Cr 3+ ].V) 1 d[Cr 3+ ] v(t) = = finalement v(t) = . . 2V dt 2V dt 2 dt d[Cr 3+ ] c. la date t = 50 s, la valeur de la drive se dtermine en traant la tangente la courbe dt [Cr3+] = f(t) au point d'abscisse t = 50 s et en calculant son coefficient directeur. (10,5 5).103 a 1,1.104 -4 -1 -1 Coefficient directeur a = = 1,1.10 mol.L .s et v50 = = = 5,5.10-5 mol.L-1.s-1 50 0 2 2 3. La vitesse de raction est proportionnelle au coefficient directeur de la tangente la courbe [Cr3+] = f(t). Celui-ci diminuant au cours du temps, la vitesse de raction dcrot au fur et mesure de l'volution du systme chimique. 2 Cette variation s'explique par le fait que les ractifs s'puisent, les concentrations [Cr2O 7 ] et [H2C2O4] diminuent et contribuent la dcroissance de la vitesse. 4. La quantit de matire maximale en ions chrome tant n(Cr3+)max = 2.xmax, la limite thorique vers la2xmax 2 8,3.104 quelle tend la concentration molaire est donc : [Cr3+]f = = = 1,7.10-2 mol.L-1. V 0,1 Cette valeur correspond la valeur exprimentale car la courbe prsente une asymptote d'quation [Cr3+] = 17.10-3 mol.L-1. 1, 7.102 5. a. Au bout d'un temps gal au temps de demi-raction on a : [Cr3+]1/2 = = 8,5.10-3 mol.L-1. 2 b. On en dduit le temps de demi-raction par lecture graphique t1/2 = 36 s.EXERCICE N22 p53 Suivi cintique par mesure de pression 1. Lappareil permetant de mesurer une pression est un manomtre. 2. quation chimique de la raction de dcomposition de lthanal : CH3CHO (g) 3. Calcul de la concentration molaire [E]i de lthanal linstant t = 0 :

CH4 (g) + CO (g)

daprs lquation des gaz parfaits, la quantit de matire initiale ni dthanal : ni =

Pi .V permet dexR.T

ni Pi 2,88.104 primer la concentration [E]i = = = = 4,46 mol.m-3. V R.T 8,314 776,154.a. Tableau descriptif de lvolution du systme chimique :

quation chimique tat du systme Avancement tat initial 0 tat intermdiaire x

CH3CHO (g) n( CH3CHO) ni ni - x

CH4 (g) + CO (g) n(CH4) n(CO) 0 0 x x

Quantit de matire totale des espces gazeuses contenues dans lenceinte : n(gaz)t = nt = ni x + 2x = ni + x.

n(gaz) t .R.T (n + x)R.T = i . V V c. Expression de la concentration molaire de lthanal un instant quelconque : n(CH 3CHO) n x n n n P.V x P [E] = = i avec daprs b, x = - ni on obtient : [E] = i = i + i V V R.T V V V R.T V ni P P et en utilisant les notations de lnonc : [E] = 2 [E]i . soit [E] = 2 V R.T R.T P 5.a. Dtermination de la concentration [E] chaque date : [E] = 2 4,46 8,314 776,15 P = 8,92 . Les rsultats sont regroups dans le tableau ci-dessous : 6452,9b. Expression de la pression en fonction de lavancement : P = t (min.) P (104 Pa) [E] (mol.m-3)

0 2,88 4,46

5 3,06 4,18

10 3,21 3,94

15 3,34 3,74

20 3,46 3,56

25 3,55 3,42

30 3,66 3,25

35 3,74 3,12

b. Courbe [E] = f(t) voir page suivante. 6. La vitesse de raction l'instant t est la drive par rapport au temps du rapport entre l'avancement 1 dx(t) . avec nE = ni x(t), on obtient de la raction x(t) et le volume V du milieu ractionnel. v(t) = V dt dn i dn E dx(t) d([E] V) d[E] d[E] = =0= - V. d'o v(t) = . dt dt dt dt dt dt

7. La vitesse de raction l'instant t = 15 min. est numriquement gale l'oppos du coefficient directeur de la tangente la courbe [E] = f(t). C'est aussi l'oppos du coefficient directeur de la corde allant du point d'abscisse t1 = 10 min. au point d'abscisse t2 = 20 min. 3,56 3,94 soit v = = 3,8.10-2 mol.m-3.min-1. 20 10 EXERCICE N23 p54 Voir corrig EXERCICE N24 p54 Voir corrig EXERCICE N26 p55 Voir corrig EXERCICE N27 p55 Voir corrig