Vitesse de réaction Option Science CHIMIE MESURE...

Vitesse de réaction Option Science CHIMIE

MAC 534 4-11 © Corrigé du maître, théorie et exercices

EXPÉRIMENTATION 15 MESURE DE LA VITESSE D'UNE RÉACTION BUT : À l'aide du montage suivant, calculer la vitesse d'une réaction chimique, en mesurant le temps

en secondes de la transformation complète d'un des réactifs ou de la formation complète d'un des produits.

HYPOTHÈSE : _________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -Baromètre dans la classe, -Chronomètre, -Support universel, -Éclisse de bois, -2 pinces à éprouvette, -Allumettes, -Bécher 1000 mL, -Thermomètre, -Éprouvette 18 x 150 mm, -HCl (aq) (1,0 mol/L), -Seringue de 140 mL attachée à une tige métallique, -Bouchon 1 trou + un tube de verre + un tube de néoprène (30 cm), -Bouchon 000 (1 trou) + ruban de Mg (13 cm), PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE - Observer attentivement bien la figure et on exécuter ce montage. - Dans une éprouvette, introduire 20 mL de HCl,(1,0 mol/L). - Frotter un ruban de Mg d'environ 13 cm avec de la laine d'acier, plier en

deux et insérer dans le trou du bouchon 000. - Aussitôt que le bouchon avec le Mg est ajouté dans le HCl, boucher

l'éprouvette avec le bouchon qui est relié à la seringue par le tube de néoprène.

- À mesure que la réaction se déroule, observer la disparition du métal et la formation de bulles de dihydrogène.

- À toutes les 30 secondes ajuster le niveau de l'eau dans le seringue avec celui du bécher (pour garder la pression du gaz constante) et mesurer le volume du dihydrogène avec les graduations de la seringue.

- Des mesures de température du HCl avant et après la réaction peuvent être prises et des tests d'iden-tification du dihydrogène peuvent être faits sur le gaz contenu dans la seringue.

- Lorsque cette réaction chimique s'effectue, on est donc en mesure de constater la disparition d'un des réactifs (Mg) par unité de temps ou l'apparition d'un des produits (H2(g)) par unité de temps.

- À pression constante (système ouvert) on appelle vitesse de réaction « le nombre de moles d'un des réactifs transformés par unité de temps» ou «le nombre de moles d'un des produits formés par unité de temps».

- Mathématiquement on peut donc exprimer la vitesse d'une réaction chimique à pression constante de la manière suivante :

- moles transformées d'un réactif Vitesse = = - mol / unité de temps (s,min,h,j,a) intervalle de temps + moles transformées d'un produit Vitesse = = + mol / unité de temps (s,min,h,j,a) intervalle de temps

Ruban de Mg (13 cm) plié en deux et inséré dans le trou du bouchon 000.

selon l'élève



TABLEAU ET ANALYSE DES RÉSULTATS : -Trace le graphique du volume de H2(g) en fonction du temps en minutes.

Temps Volume H2(g) min. mL

0,0 ______ 0,5 ______ 1,0 ______ 1,5 ______ 2,0 ______ 2,5 ______ 3,0 ______ 3,5 ______ 4,0 ______ 4,5 ______ 5,0 ______ 5,5 ______ 6,0 ______ 6,5 ______ 7,0 ______ 7,5 ______ 8,0 ______ 8,5 ______

1- Calculer la vitesse moyenne (en mL de H2(g) / min.) de cette réaction, pendant les 2 première min. v = 50 mL / 2 min. = 25 mL / min. 2- Sur la courbe, au point 3 minutes, tracer une tangente et calculer la pente de cette tangente. (Ceci

te donnera la vitesse instantanée de la réaction à ce point). v (instantanée) = pente = v / t = 50 mL / 4,3 min. = 12 mL / min. 3- La vitesse de cette réaction semble-t-elle constante pendant les 10 minutes ? (Justifier ta réponse) ______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________ 4- Donner une explication à cette variation de vitesse. ______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________ À NOTER : On exprime le temps : des microsecondes (ms) pour l'explosion d'un gaz, des secondes

(s) ou des minutes (min.) pour la combustion d'une bougie, des journées (j) pour la cor-rosion du fer et des années (a) pour la décomposition du bois.

Non, la vitesse diminue avec le temps car la pente de la courbe diminue avec le temps.

La vitesse de réaction diminue avec le temps car au cours de la réaction la concentration du HCl diminue ainsi que la surface de contact du magnésium.

0 18 30 40 50 57 63 69 73 77 80 85 88 90 94 95 97 99



Exercices 4-1

1- Pour être amorcé, un changement chimique a besoin d'une certaine quantité d'énergie que l'on appelle : ________________________________________________________________________

2- Si la température ambiante a assez d'énergie pour amorcer une réaction chimique, on dit que ce

système est ________________________ à la température de la pièce. Par contre, si l'énergie de l'air ambiant n'amorce pas une réaction chimique, on dit alors que ce

système est _________________________ et il faut lui fournir une énergie supplémentaire pour l'amorcer, que l'on appelle _________________________.

3- Après qu'un changement chimique est amorcé, la tranformation des réactifs en produits peut se

faire à différentes vitesses, que l'on peut classer par les mots : _______________________________________________________________________________ 4- Les réactions qui s'effectuent entre ions en solution, sont habituellement rapides. Nomme deux

sortes de réactions ioniques qui peuvent s'effectuer aussi rapidement que l'on peut mélanger leurs solutions :

_______________________________________________________________________________ 5- Que pouvons-nous dire de la charge des ions, lors d'une neutralisation ou d'une précipitation ? _______________________________________________________________________________ 6- Nomme une réaction ionique qui s'effectue entre ions en solution, mais qui est lente à la tempéra-

ture de la pièce : _____________________________________________________________ 7 Explique pourquoi une réaction d'oxydoréduction est lente à la température de la pièce. ______________________________________________________________________________ 8- Voici des changements chimiques se produisant dans notre environnement. Dis si ces changements

sont spontanés ou non-spontanés et décris leur vitesse par les termes : lente, moyenne, rapide, très rapide ou explosive.

Changements chimiques Spontanéité Vitesse de réaction -Oxydation du cuivre sur les toitures : _______________________ ______________ -Cuisson d'un oeuf : _______________________ ______________ -Disparition d'un métal dans un acide : _______________________ ______________ -Balle de fusil : _______________________ ______________ -Pile chimique : _______________________ ______________ -Combustion d'une chandelle : _______________________ ______________ -Électrolyse de l'eau : _______________________ ______________ -Fabrication du compost : _______________________ ______________ -Moteur à combustion : _______________________ ______________ -Germination : _______________________ ______________

énergie d'activation

spontané

non-spontané

énergie d'activation

lente, moyenne, rapide, très rapide ou explosive.

neutralisation et précipitation

La charge des ions ne change pas

Une réaction d'oxydoréduction (Pile chimique)

Parce que la charge des ions change au cours de la réaction

spontané lente non spontané (chaleur) rapide spontané moyenne non spontané (amorce) explosive non spontané (circuit) lente non spontané (étincelle) moyenne non spontané (électricité) lente spontané lente non spontané (étincelle) explosive spontané lente



9- On fait réagir 0,12 g de Zn(s) dans 100 mL d'une solution de HCl(aq) (1,00 mol/L) selon l'équation : Zn(s) + 2 HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g) Après 124 min et 30 s, on observe que tout le Zn(s) a complètement disparu. a) Quelle sera la vitesse de cette réaction en mol de Zn(s) /min ? b) Si, pendant cette réaction, on recueille le H2(g) à 25°C et 101,3 kPa par déplacement d'eau, quelle

sera la vitesse de cette réaction en mL/min ? 10- On effectue une expérience pour déterminer la vitesse d'une réaction. À partir des résultats obte-

nus on trace le graphique suivant : a) Calcule la vitesse moyenne (mL/min) de cette réaction. b) Calcule la vitesse moyenne (mL/min) de cette réaction, entre la 4° et la 9° min. c) Calcule la vitesse instantanée (mL/min) de cette réaction après 2 min.

mol de Zn(s) = m/M = 0,12 g / 65,38 g/mol = 1,8 x 10-3 mol Vitesse = 1,8 x 10-3 mol / 124,5 min = 1,45 x 10-5 mol/min (en fonction du Zn)

On sait qu'a TPN une mole de gaz occupe 22,4 L, trouvons le volume à 25°C : V1/V2 = T1/T2 , 22,4 L/V2 = 273°C/298°C, V2 = (22,4 L x 298°C)/273°C = 24,5 L Zn(s) + 2 HCl(aq) ZnCl2(aq) + H2(g) 1 mol 24 500 mL 1,8 x 10-3 mol x mL = (1,8 x 10-3 mol x 24 500 mL) / 1 mol = 44, 1 mL Vitesse = 44,1 mL / 124,5 min = 0,354 mL de H2(g) /min

Vitesse = ΔV/Δt = 87 mL/ 9 min = 9,7 mL/min ΔV

Δt

ΔV

Δt

Δt

ΔV

Vitesse = ΔV/Δt = (87 mL-72 mL)/ (9 min - 4 min) = 15 mL / 5 min = 3 mL/min

Vitesse = ΔV/Δt = (85 mL-30 mL)/ (4,5 min - 0 min) = 55 mL / 4,5 min = 12 mL/min



DÉMONSTRATION 3 (Exemple d'une combustion)

BUT : Identifier, lors de la combustion du méthanol, le carburant, le comburant et les produits de la réaction.

HYPOTHÈSE : ___________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -1 brûleur à alcool -1 bécher de 1L -1 entonnoir -glace -4 tubes de verre coudés -eau de chaux -2 bouchons à 2 trous -papier chlorure de cobalt -2 grosses éprouvettes -3 supports universels avec pinces -2 tubes de caoutchouc - pompe à vide PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE (exécute le montage suivant) ANALYSE DES RÉSULTATS 1- Note tes observations : _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 2- Identifie le carburant (ou combustible) : ______________le comburant : ______________ les deux

produits de la combustion : ___________________________________ 3- Écris l'équation chimique de la réaction sachant que la formule du méthanol est CH3OH(l) _______________________________________________________________________________

Selon l'élève

Il y a condensation de l'eau dans la première éprouvette et formation de CO2 dans la seconde éprouvette.

méthanol oxygène

eau et gaz carbonique

2 CH3OH(l) + 3 O2 (g) 4 H2O (g) + 2 CO2



DÉMONSTRATION 4 (L'Oxygène est-il l'unique comburant?) BUT : Démontrer que d'autres substances que l'oxygène peuvent agir comme comburant. HYPOTHÈSE : ___________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -morceau de ruban de Mg -éclisse de bois -brûleur Bunsen -pinces à creuset -2 pots de verre avec bouchon -gaz : CO2 et N2 PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE

1° Plonge une éclisse de bois enflammée dans un pot contenant du CO2 et observe s'il y a combustion.

Répète la même opération, mais cette fois dans un pot contenant du N2. 2° Plonge un ruban de Mg enflammé dans un pot contenant du CO2 et observe s'il y a com-

bustion. Répète la même opération, mais cette fois dans un pot contenant du N2.

ANALYSE DES RÉSULTATS 1- Qu'arrive-t-il au bois enflammé lorsqu'on le met dans le CO2 ? __________________ ;

dans le N2 ? __________________________ . 2- Qu'arrive-t-il lorsqu'on met le Mg enflammé dans le CO2 ? ___________________ Peux-tu identifier un des produits de la combustion ? Lequel ? ________________________________________________________________________ Équation: ________________________________________________________________ 3- Qu'arrive-t-il lorsqu'on met le Mg enflammé dans le N2 ?___________________________ 4- Comment peux-tu expliquer les phénomènes observés ? ___________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

CONCLUSION On peut donc dire qu'un comburant est : - tout corps simple électronégatif : oxygène, soufre, halogènes, qui donne lieu au phé-

nomène de la combustion en se combinant avec un corps électropositif (carburant) comme le charbon, le phosphore, l'hydrogène, les métaux, en produisant de la chaleur.

- tout composé renfermant de l'oxygène ou un autre corps simple qui cède facilement des électrons; tels sont le protoxyde d'azote, le bioxyde de manganèse, etc.

Dans les fusées à liquides, on emploie comme comburant l'oxygène liquide, l'eau oxygénée à 85%, etc.

Selon l'élève

Il s'éteint

Il brûle

Il s'éteint

Substance blanche : Oxyde de magnésium ou substance noire : du carbone

2Mg(s) + CO2 (g) 2 MgO (s) + C (s)

Il s'éteint

Comme la définition d'un comburant dit que tout élément électronégatif : oxygène, soufre, chlore ou composé renfermant un de ces éléments est considéré comme combu-rant, ceci explique que le Mg brûle dans le CO2 , ce composé renfermant du O2 (le comburant) et du carbone , la substance noire qui se produit.



DÉMONSTRATION 5 (Influence de la chaleur du combustible sur la vitesse de combustion) BUT : Observer l'influence de la chaleur du carburant sur la vitesse de combustion. HYPOTHÈSE : __________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -2 brûleurs à alcool -1 bécher de 1L -2 supports universels + anneaux + toile d'amiante -2 thermomètres -2 béchers de 250 mL -eau + glace PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE (exécute le montage suivant)

- Chauffe une quantité égale d'eau (100 mL) dans les deux béchers de 250 mL.

- Il est important que la distance entre les béchers de 250 mL et les brûleurs à alcool soit la même si on veut avoir les mêmes conditions d'échange de chaleur.

ANALYSE DES RÉSULTATS TEMPS (minutes) Température de l'eau (°C) Température de l'eau (°C) (alcool dans la glace) (alcool dans la pièce) 1 ______________ _____________ 3 ______________ _____________ 5 ______________ _____________ CONCLUSION __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Suite à cette démonstration, comme prévention contre le feu, où suggères-tu d'entreposer les

matières très combustibles ? __________________________________________________

20°C 20°C 53°C 61°C 63°C 82°C

Selon l'élève

L'alcool dans la glace fournit moins de chaleur que l'alcool à la température de la pièce. La vitesse de combustion doit être plus grande à basse température car pour avoir la même quantité de chaleur il faut brûler plus d'alcool par unité de temps. Ceci explique qu'une auto consomme plus d'essence en hiver qu'en été.

Loin d'une source de chaleur



DÉMONSTRATION 6 (Influence de la quantité de comburant sur la vitesse de combustion) BUT : Observer l'influence de la quantité de comburant sur la vitesse de combustion HYPOTHÈSE : __________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -1 balance à plateaux -2 béchers de 1L -2 chandelles courtes de même longueur (5 cm) -1 toile d'amiante -Un peu de sable PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE (exécuter le montage suivant)

- Ajoute du sable dans le bécher qui n'a pas de toile d'amiante pour équilibrer les masses.

- Allume les deux chandelles en même temps et observe le côté de la balance où la combustion se fera le plus lente-ment.

OBSERVATION __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ CONCLUSION __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ Suite à cette démonstration, comme prévention contre le feu, où suggères-tu d'entreposer les

matières très combustibles ? __________________________________________________

Selon l'élève

Après un certain temps la balance s'incline du côté du bécher qui a le treillis.

La combustion se fait beaucoup plus lentement du côté ou se trouve le treillis. Ceci s'explique par le fait que de ce côté l'apport d'oxygène est moindre dû à la présence du treillis. La combustion augmente donc avec la quantité de comburant.

Dans un endroit hermétique et à l'épreuve du feu.



EXPÉRIMENTATION 16 A) FABRICATION D'UN EXTINCTEUR BUT : Observer l'action d'un extincteur sur le feu. Déterminer les sortes de substances qui peuvent

être utilisées dans un extincteur. HYPOTHÈSE : ____________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -1 vase conique de 500 mL -1 chandelle -1 bouchon 2 trous -1 pèse-matière -1 tube de verre droit et un coudé -3 g de NaHCO3 (bicarbonate de sodium) -1 tube de caoutchouc -3 g de NaHSO4 (bisulfate de sodium) -1 seringue de 140 mL -Eau PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE (exécute le montage suivant) -Mets 3 g de bicarbonate et 3 g de bisulfate de sodium dans le

vase conique et ferme avec le bouchon de caoutchouc. -Introduis 70 mL d'eau dans la seringue et fixe-là au tube de

verre. -Allume la chandelle et ajoute de l'eau dans le vase en poussant

sur le piston de la seringue. -Dirige le bout du tuyau de caoutchouc vers la flamme. OBSERVATION : ________________________________________________________________ ANALYSE DES RÉSULTATS

1° Peux-tu identifier la substance qui éteint le feu ? ________________________________ Comment pourrait-on s'en assurer ? ___________________________________________ _______________________________________________________________________ 2° De quel côté du triangle de feu cet extincteur agit-il ? _____________________________ ________________________________________________________________________ 3°Quel autre moyen est fréquemment utilisé pour éteindre un incendie ? ________________ ________________________________________________________________________ De quel côté du triangle agit celui-ci ? _________________________________________ _______________________________________________________________________ 4°Qu'entend-t-on par point d'ignition ?__________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Selon l'élève

Il se dégage un gaz qui éteint la flamme.

Le gaz carbonique

En le faisant barboter dans l'eau de chaux.

Comme le gaz carbonique éteint le feu par étouffement, il agit sur le côté du comburant.

On utilise de l'eau

L'eau agit sur le carburant en le refroidissant et en abaissant sa température en deçà de son point d'ignition.

C'est la température à laquelle un combustible s'enflamme. Par exemple, la température d'auto-ignition du papier se situe vers 232°C .

Du vinaigre ajouté à du bicarbonate de sodium seul, produit un effet similaire.



EXPÉRIMENTATION 16 (suite) B) LE RÔLE INHIBITEUR DE L'ACIDE BORIQUE BUT : Démontrer que certaines substances ont la propriété de retarder la combustion. HYPOTHÈSE : ____________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -2 carrés de tissus (2 cm x 2 cm) -brûleur Bunsen -1 bécher de 100 mL -plaque d'amiante -1 pince à creuset -acide borique (H3BO3 ) 1 mol/L -1 morceau de papier -mélange eau-alcool (60% V/V) PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE -Trempe un des morceaux de tissus dans la solution d'acide borique et laisse sécher. -Allume le brûleur. -Trempe un morceau de papier dans le mélange alcool-eau et mets-le dans la flamme. -Place le tissu non-trempé dans la flamme et dépose-le sur la plaque d'amiante. -Refais cette manipulation pour le morceau qui a été trempé dans l'acide borique. OBSERVATION __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________ ANALYSE DES RÉSULTATS

1° Explique pourquoi le papier trempé dans le mélange eau-alcool ne brûle pas. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 2° Explique pourquoi le tissu trempé dans l'acide borique ne brûle pas. ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ 3° Propose différents moyens pour prévenir les incendies dans ton environnement ? ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

-Le papier trempé dans le mélange eau-alcool s'enflamme en produisant une flamme bleu qui s'éteint et le papier ne brûle pas. -Le tissu non-trempé brûle rapidement tandis que le tissu trempé brûle beaucoup plus lentement.

Selon l'élève

Une solution de NH4Cl peut aussi être utilisée

Le point d'ignition de l'alcool étant de beaucoup inférieur à celui du papier, qui est de 232°C, l'alcool brûle en produisant une flamme bleu. De plus l'eau sert à absorber l'ex-cèdent de chaleur ce qui empêche le papier de s'enflammer.

L'acide borique agit sur la fibre du tissus comme un extincteur à poudre. Elle annihile la réaction chimique propre à la combustion et empêche le combustible (les fibres) de réagir avec l'oxygène de l'air.

Selon l'élève



Exercices 4-2 1- Donner la définition :

a) d'un combustible : ____________________________________________________________ b) d'un carburant : ______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ c) d'un comburant : ______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 2- Quelles sont les trois conditions nécessaires pour avoir une combustion ? ___________________ ______________________________________________________________________________ 3- Complète le triangle du feu suivant : 4- Définis d'une manière générale la combustion : _________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ Définis d'une manière plus scientifique la combustion : __________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Toute matière qui brûle à l'air libre.

Tout combustible employé comme source de force motrice.

Éléments électronégatifs (oxygène, soufre, chlore etc.) qui brûlent avec un carburant (généralement une substance électropositive) pour donner de la chaleur et quelquefois de la lumière.

De la chaleur, un comburant et un carburant ou un combustible.

Phénomène chimique exothermique d'un carbu-rant (substance combustible) qui brûle avec un comburant (oxygène, chlore, soufre ou com-posé renfermant ces éléments).

D'une manière plus scientifique, on peut dire que c'est une réaction d'oxydo-réduction dans laquelle le carburant (substance électroposi-tive), aussi appelé réducteur ou donneur d'électrons, réagit avec le comburant (substance élec-tronégative), aussi appelé oxydant ou receveur d'électrons.



5- Dis si les substances suivantes sont un « combustible », un « carburant » ou un « comburant ». a) Bois _________________ b) Oxygène _______________ c) Essence_____________ d) Soufre _______________ e) Propane_________________ f) Papier ______________ g) Méthane _____________ h) Chlore _________________ i) Charbon ____________ 6- Que faut-il faire pour éteindre un feu ? ____________________________________________ ____________________________________________________________________________ 7- Nomme 5 substances ennemies du feu : ___________________________________________ ____________________________________________________________________________ 8- Pour chacun des ennemis du feu, dis comment il combat le feu et sur quel côté du triangle il agit. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 9- Donne la définition du «point d'ignition» et donne le rôle d'une «substance inhibitrice». ____________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

combustible comburant carburant

comburant carburant comburant

carburant combustible combustible

Il suffit de contrecarrer les effets de l'une des trois conditions du triangle du feu: chaleur, combustible ou comburant.

L'eau, la mousse, le CO2 , la poudre et le halon.

L'eau : refroidit le combustible en bas de son point d'ignition et agit sur le côté chaleur. La mousse : combat surtout les feux de liquides inflammables et agit du côté comburant en

étouffant le feu (isole le combustible de l'oxygène). Le CO2 : combat les feux d'équipements électriques et agit du côté du comburant en étouffant

le feu. La poudre : combat le feu en arrêtant la réaction de combustion et agit du côté du carburant en

inactivant la réaction. Le Halon : agit de la même manière que la poudre mais est beaucoup plus propre. Sert surtout

pour les feux d'ordinateurs mais est très nocif pour l'environnement (Couche d'o-zone).

On entend par point d'ignition la température à laquelle un combustible s'enflamme. On entend par substance inhibitrice une substance qui retarde la combustion d'un combusti-ble.



EXPÉRIMENTATION 17 1° facteur qui influence la vitesse d'une réaction chimique : NATURE DES RÉACTIFS BUT : Vérifier si la vitesse d'une réaction varie avec la nature des réactifs. Dans ce cas-ci, on vérifie si la vitesse de transformation du Mg(s) varie avec différents acides. Mg(s) + ACIDE SEL IONIQUE + H2(g) HYPOTHÈSE : ___________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL -3 rubans de Mg (1 cm de long = 0,007 g) -3 éprouvettes 18 x 150 mm -3 acides de concentration 1,0 mol/L (HCl, HNO3 et H2SO4) -1 chronomètre -1 support à éprouvette - laine d'acier PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE -Verser 10 mL (environ 5 cm de hauteur) de chaque acide dans une éprouvette. -Frotter les rubans de Mg (1 cm de long) avec de la laine d'acier. -Avec l'aide de ton coéquipier, laisser tomber en même temps, dans chaque éprouvette, un ruban de Mg et chronométrer, en sec., le temps de disparition du Mg dans chaque acide.

ANALYSE ET TABLEAU DE RÉSULTATS MÉTAL TEMPS EN SECONDES DANS HCl HNO3 H2SO4 Mg -Dans chaque cas, calculer la vitesse de réaction en mol de Mg consommé par heure et écrire les équa- tions ioniques équilibrées dans un ordre décroissant de vitesse.

Mg(s) + ACIDE SEL IONIQUE + H2(g) VITESSE _____ + ____________________ ____________________ + _____ _______________ _____ + ____________________ ____________________ + _____ _______________ _____ + ____________________ ____________________ + _____ _______________ CONCLUSION __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ Donne un exemple de la vie quotidienne où la vitesse de réaction dépend de la nature des réactifs : __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

72 s 120 s 45 s

Mg(s) 2H+(aq) + SO4

2-(aq) Mg2+

(aq) + SO42-

(aq) H2(g) 0,023 mol/h

Mg(s) 2H+(aq) + NO3

-(aq) Mg2+

(aq) + NO3-(aq) H2(g) 0,015 mol/h

Mg(s) 2H+

(aq) + 2 Cl-(aq) Mg2+

(aq) + 2 Cl-(aq) H2(g) 0,009 mol/h

La vitesse de transformation du Mg dépend donc de la nature de l'acide, c'est-à-dire de la nature des réactifs

Selon l'élève

Selon l'élève



EXPÉRIMENTATION 18 2° facteur qui influence la vitesse d'une réaction chimique : SURFACE DE CONTACT BUT : Vérifier si la surface de contact d'un des réactifs fait varier la vitesse de réaction. HYPOTHÈSE : ___________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL - 1 pastille d'alka-seltzer - 1 lame - 2 béchers de 400 mL - 1 papier essuie-mains - eau du robinet - 1 chronomètre - 1 cylindre gradué de 100 mL PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE : - Sur un papier essuie-mains, couper la pastille d'alka-seltzer en deux à l'aide de la lame.

Conserver une demi-pastille et, toujours avec la lame, fractionner l'autre demi-pastille en plu-sieurs petits morceaux.

- Verser 100 mL d'eau dans chacun des deux béchers. - Déposer en même temps, dans l'un des béchers, la demi-pastille complète et, dans l'autre bécher, celle fractionnée. Chronométrer, en secondes, le temps de réaction pour chaque cas.

TABLEAU DE RÉSULTATS RÉACTIFS TEMPS (s) Demi-pastille complète Demi-pastille fractionnée CONCLUSION _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Donne un exemple de la vie quotidienne où la vitesse de réaction dépend de la surface de contact : _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Selon l'élève

42 s 26 s

La demi-pastille fractionnée donne la possibilité à plus de molécules de réagir avec l'eau. Ceci prouve bien qu'une augmentation de la surface de contact d'un des réactifs augmente la vitesse de réaction.

Selon l'élève



HYPOTHÈSE : ____________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL - 2 cylindres gradués de 25 mL - 1 cylindre gradué de 10 mL - 1 bécher de 100 mL - 1 chronomètre - 3 solutions A,B,C et catalyseur (Cu2+(aq)) - 1 agitateur PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE 1° Réaction non-catalysée - Mesurer dans deux cylindres gradués de 25 mL : 20,0 mL de la solution A (source de I-

(aq)) et 20 mL de la solution C (source de S2O8

2-(aq)).

- Mesurer dans un cylindre gradué de 10 mL : 10,0 mL de la solution B (source de S2O32-

(aq) ). - Avec l'aide de ton coéquipier, verser en même temps les 3 solutions A,B et C dans le bécher de

100 mL et partir le chronomètre. Agiter la solution au départ pour bien mélanger. Arrêter le chronomètre lorsqu'une coloration apparaît.

2° Réaction catalysée - Répéter les mêmes manipulations que pour la réaction non-catalysée, sauf, qu'au préalable, il faut

ajouter 4 gouttes du catalyseur (solution de CuSO4) dans le 20,0 mL de la solution C.

TABLEAU DE RÉSULTATS RÉACTIONS TEMPS(s) Non-catalysée Catalysée CONCLUSION _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ - Donne la définition d'un catalyseur : _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

47 s 26 s

La présence d'un catalyseur (dans ce cas-ci le Cu2+ ) augmente de beaucoup la vitesse de réaction car le temps de réaction est beaucoup plus court en sa présence.

Substance qui augmente la vitesse d'une réaction sans y participer elle-même, c'est-à-dire sans être consommée. On la retrouve donc intacte à la fin de la réaction.



- Le mécanisme proposé pour cette réaction catalysée comprend les 3 étapes suivantes : 1- 2 Cu2+

(aq) + 2 I-(aq) 2 Cu+

(aq) + I2 (s) 2- Cu+

(aq) + S2O82-

(aq) CuSO4+

(aq) + SO42-

(aq) 3- Cu+

(aq) + CuSO4+

(aq) 2 Cu2+(aq) + SO4

2-(aq)

____________________________________________________________ 2 Cu2+

(aq) + 2 I-(aq) + S2O8

2-(aq) I2 (s)+ 2 SO4

2-(aq) + 2 Cu2+

(aq) } Réaction globale - Quelle substance agit comme catalyseur ? Dire pourquoi. __________________________________ __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________ -Donner un exemple de la vie quotidienne où la vitesse de réaction dépend d'un catalyseur : __________________________________________________________________________________ __________________________________________________________________________________

CATALYSE On pense que les catalyseurs accélèrent les réactions en rapprochant les molécules réagis-santes et en les maintenant dans une configuration favorable à la réaction. La réaction cata-lysée n'a pas lieu au sein de la solution mais à la surface du catalyseur, au moment où les molécules réagissantes viennent à son contact. Malheureusement on connaît tellement peu de chose sur la nature fondamentale de l'activité catalytique que la recherche des catalyseurs appropriés dans l'industrie chimique demeure largement du domaine du hasard. Le seul moyen de savoir si une réaction catalytique est possible, pour une réaction donnée qu'on se propose de réaliser, c'est d'essayer une multitude de substances et de voir si cette réaction s'effectue plus rapidement sans que la substance employée soit consommée.

Le Cu2+(aq) ,car il n'est pas consommé au cours de la réaction. C'est pourquoi, dans la réaction

globale, on le retrouve dans les réactifs et les produits.

Selon l'élève (ex. les enzymes dans le métabolisme)



EXPÉRIMENTATION 20 4° facteur qui influence la vitesse d'une réaction chimique : CONCENTRATION BUT : Vérifier si l'augmentation de la concentration d'un des réactifs peut faire varier la vitesse

d'une réaction. HYPOTHÈSE : ____________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL

- 2 cylindres gradués de 25 mL - 1 cylindre gradué de 10 mL - 1 bécher de 100 mL - 1 chronomètre

- 3 solutions A, B et C - 1 agitateur + flacon laveur PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE : 1° Solution A concentrée - Mesurer dans deux cylindres gradués de 25 mL : 20,0 mL de la solution A (source de I-

(aq) ) et 20 mL de la solution C (source de S2O8

2-(aq) ).


(aq) ). - Avec l'aide de ton coéquipier, verser en même temps les 3 solutions A, B et C dans le bécher de 100 mL et partir le chronomètre. Agiter la solution au départ pour bien mélanger. 2° Solution A diluée - Répéter les mêmes manipulations que pour la réaction concentrée, sauf que, dans le cas de la

solution A, au lieu d'en mesurer 20,0 mL, on en mesure 10,0 mL et on la dilue en ajoutant 10,0 mL d'eau.

TABLEAU DE RÉSULTATS RÉACTIONS TEMPS(s) Solution A concentrée Solution A diluée CONCLUSION _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ Donne un exemple de la vie quotidienne où la vitesse de réaction varie avec la concentration des réactifs : _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

Selon l'élève

46 s 110 s

Plus la concentration des réactifs est grande plus la réaction est rapide.

Selon l'élève



EXPÉRIMENTATION 21 5° facteur qui influence la vitesse d'une réaction chimique : TEMPÉRATURE BUT : Vérifier si l'élévation de la température peut faire varier la vitesse d'une réaction. HYPOTHÈSE : ____________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL - 2 cylindres gradués de 25 mL - 1 cylindre gradué de 10 mL - 1 bécher de 100 mL - 1 chronomètre - 3 solutions A,B et C - 1 agitateur - 1 bécher de 1000 mL + eau + glace PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE 1° Réaction à la température de la pièce (25°C) - Mesurer dans deux cylindres gradués de 25 mL : 20,0 mL de la solution A (source de I-

(aq)) et 20 mL de la solution C (source de S2O8

2-(aq)) .


(aq)). - Avec l'aide de ton coéquipier, verser en même temps les 3 solutions A, B et C dans le bécher de

100 mL et partir le chronomètre. Agiter la solution au départ pour bien mélanger. 2° Réaction dans la glace fondante (0°C) - Répéter les mêmes manipulations que pour la réaction à la température de la pièce, sauf que les

solutions A, B et C doivent être plongées au moins 10 min dans la glace fondante avant de les mélanger.

TABLEAU DE RÉSULTATS RÉACTIONS TEMPS(s) Température de la pièce ( 25°C) Dans la glace fondante ( 0°C) CONCLUSION ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ - Cette réaction est-elle endo ou exothermique ? Expliquer pourquoi. __________________________ ________________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________________ - Donner un exemple de la vie quotidienne où la vitesse de réaction varie avec la température des réactifs : ________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

46 s 144 s

Pour cette réaction, une augmentation de température augmente sa vitesse.

Comme la vitesse de cette réaction augmente avec la température, cette réaction a donc besoin de chaleur pour se produire. Cette réaction est donc endothermique.

Selon l'élève

Selon l'élève



Exercices 4-3

1- Donne la définition opérationnelle de la vitesse d'une réaction à pression constante. _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 2- Qu'entend-t-on par catalyseur ? ___________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 3- Nomme les 5 facteurs qui influencent la vitesse d'une réaction : 1° ______________________________ 2° ______________________________ 3° ______________________________ 4° ______________________________ 5° ______________________________ 4- Pour chacun des cas suivants, écris quel est le facteur qui influence la vitesse de réaction et, si le

facteur est la température, écris si la réaction est endo. ou exothermique. 1° A(aq) + B(aq) AB(aq) à 25°C Rx. rapide A(aq) + B(aq) AB(aq) à 0°C Rx. lente _________________________ 2° Mg(s) (en ruban) + 2HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq) Rx. rapide Mg(s) (en poudre) + 2HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq) Rx. très rapide _____________________ 3° Zn(s) + 2HCl(ag) H2(g) + ZnCl2(aq) Rx. rapide Fe(s) + 2HCl(ag) H2(g) + FeCl2(aq) Rx. lente _________________________ 4° 2H2O2(ag) 2H2O(l) + O2(g) Rx. lente 2H2O2(ag) + MnO2(s) 2H2O(l) + O2(g)+ MnO2(s) Rx. rapide ________________________ 5° A(aq) (0,25 mol/L) + B(aq) (0,25 mol/L) AB(aq) Rx. rapide A(aq) (0,25 mol/L) + B(aq) (0,15 mol/L) AB(aq) Rx. lente _________________________

6° A(aq) + B(aq) AB(aq) à 25°C Rx. lente A(aq) + B(aq) AB(aq) à 0°C Rx. rapide ________________________

On définit opérationnellement la vitesse d'une réaction chimique à pression constante, comme étant le nombre de moles d'un des réactifs consommés par unité de temps ou le nombre de moles d'un des produits formés par unité de temps.

Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction sans y participer elle-même et qui se retrouve inchangée à la fin de la réaction.

Nature des réactifs Surface de contact Catalyseur Concentration Tempéraure

Température , réaction endothermique

Surface de contact

Nature des réactifs

Catalyseur

Concentration

Température, réaction exothermique



5- Qu'entend-t-on par Énergie d'activation ? ___________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 6- Conceptuellement, comment la vitesse d'une réaction varie-t-elle ?________________________ ______________________________________________________________________________ 7- Écris l'expression mathématique de la vitesse de réaction des systèmes chimiques suivants : a) 2H2(g) + O2(g) 2H2O(g) v = ___________________________ b) N2(g) + 3H2(g) 2NH3(g) v = ___________________________ c) Mg(s) + 2HCl(aq) H2(g) + MgCl2(aq) v = ___________________________ Dans le cas c), pourquoi la concentration du Mg(s) ne fait-elle pas partie de l'expression ?

______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

8- Anticipe l'effet de chacun des facteurs, sur la vitesse des molécules des réactants et des produits, au

cours d'une réaction chimique. a) Quel est l'effet de la «nature des réactifs» sur la vitesse des molécules ? ______________________________________________________________________________ b) Quel est l'effet de la «surface de contact» sur la vitesse des molécules ? ______________________________________________________________________________ c) Quel est l'effet de la «concentration» sur la vitesse des molécules ? ______________________________________________________________________________ d) Quel est l'effet d'un «catalyseur» sur la vitesse des molécules ? ______________________________________________________________________________ e) Quel est l'effet de la «température» sur la vitesse des molécules ? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 9- Alors quel est le seul facteur qui change la vitesse des molécules ? ___________________________

L'énergie supplémentaire que doit avoir une molécule pour produire une «collision efficace».

Varie proportionnellement avec le nombre de «collisions efficaces».

k [H2]2 [O2]

k [N2] [H2]3

k [HCl]2

Parce que la concentration d'une substance pure (solide ou liquide) ne varie pas et par le fait même, fait partie de la constante k.

Aucun effet

Aucun effet

Aucun effet

Aucun effet

Une augmentation de la température augmente la vitesse des molécules et une diminution de température diminue la vitesse des molécules.

La température



Exercices 4-4

1- À partir de l'instantané d'un essaim de particules en mouvement, juste avant sa collision sur un écran, trace le graphique de la distribution des énergies cinétiques des particules, sachant que les particules les plus rapides seulement (4 dernières sections) peuvent endommager l'écran. Sur le graphique indique : 1° la barrière d'énergie minimale 2° les surfaces sous la courbe qui représen-tent les particules qui auront des collisions «élastiques» et «efficaces» et 3° l'endroit sur le graphi-que qui représente l'énergie cinétique moyenne.

2- À partir de l'analogie (sélection aux jeux olympiques) sur la nature des réactifs, explique ce qui se

passe au niveau des molécules ? _______________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

3- À partir de l'analogie (sélection aux jeux olympiques) sur la surface de contact, explique ce qui se

passe au niveau des molécules ? _______________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

TABLEAU SECTIONS COUREURS

0 ___ 1 ___ 2 ___ 3 ___ 4 ___ 5 ___ 6 ___ 7 ___ 8 ___ 9 ___

0 7 10 9,5 6,5 4 2,5 1,5 1 1

sections

L'acide n'a aucune influence sur le nombre de collisions efficaces, elle permet seulement à celui-ci, dans le cas du H2SO4, de se faire dans un temps plus court. Ceci explique que la vitesse de réaction dépend de la nature de l'acide.

Lorsqu'on fractionne une pastille d'alka-seltzer, on permet à beaucoup plus de molécules d'avoir des collisions efficaces dans un même temps. Ceci explique que la vitesse de réaction augmente.



4- À partir de l'analogie (sélection aux jeux olympiques) sur la concentration, explique ce qui se passe au niveau des molécules ?

___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

5- À partir de l'analogie (sélection aux jeux olympiques) sur la température, explique ce qui se passe

au niveau des molécules ? _______________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

6- À partir de l'analogie (sélection aux jeux olympiques) sur le catalyseur, explique ce qui se passe au

niveau des molécules ? _______________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

7- Dessine sur les graphiques suivants l'effet : 1° d'une augmentation de concentration de c1 à c2 : 2° d'une augmentation de température de t1 à t2 : 3° de la présence d'un catalyseur :

concentration température catalyseur

Lorsqu'on augmente la concentration des réactifs, il y a plus de molécules susceptibles d'avoir des collisions efficaces dans le même intervalle de temps. Ceci explique l'aug-mentation de la vitesse de réaction.

Comme une augmentation de température augmente la vitesse de toutes les molécules, il va y avoir plus de collisions efficaces dans un intervalle de temps plus court. Ceci explique pourquoi la vitesse de réaction augmente.

Un catalyseur n'a aucun effet sur la vitesse des molécules mais déplace la barrière d'énergie minimale vers la gauche, permettant ainsi à un plus grand nombre de molécules d'avoir des collisions efficaces.



AUTOÉVALUATION 1- Donne les 4 principaux gaz, constituants de l'air sec, en % volumes : ______________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2- Énumère les 3 couches de l'atmosphère et donne leur épaisseur en km. 1° ____________________________________________________________________________ 2° ____________________________________________________________________________ 3° ____________________________________________________________________________ 3- Quels sont les principaux gaz à effet de serre naturellement présents dans l'atmosphère ?

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

4- Identifie les substances suivantes :

a) Toute matière qui brûle à l'air libre : _____________________________________________ b) Tout combustible employé comme source de force motrice : __________________________

c) Éléments électronégatifs (oxygène, soufre, chlore etc.) qui brûlent avec un carburant (généralement une substance électropositive) pour donner de la chaleur et quelquefois de la lumière : ___________________________________

5- Quelles sont les trois conditions nécessaires pour avoir du feu ? _______________________________________________________________________________ 6- Ecris l'équation chimique balancée de la combustion du méthane (CH4) : _______________________________________________________________________________ 7- Dis si les substances suivantes sont un combustible, un carburant ou un comburant . a) Foin_________________ b) Oxygène _______________ c) Alcool_____________ d) Ozone _______________ e) Propane_________________ f) Carton ______________ g) Propane_____________ h) Fluor _________________ i) Charbon ____________ 8- Nomme 5 substances ennemies du feu : _______________________________________________ _______________________________________________________________________________

Azote (N2) = 78,09% Oxygène (O2) = 20,95% Argon (Ar) = 0,93% Dioxyde de carbone (CO2) = 0,035%

troposphère environ 10 km stratosphère environ 70 km ionosphère environ 220 km

La vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2 ou gaz carbonique), le méthane (CH4),

combustible

carburant

comburant

De la chaleur, un comburant et un carburant ou un combustible.

CH4(g) + 2 O2 (g) + CO2 (g) + 2 H2O (g)

combustible comburant carburant

comburant carburant comburant

carburant combustible combustible

L'eau, la mousse, le CO2 , la poudre et le halon.



9- Complète le triangle du feu suivant : 10- Identifie l'ennemie du feu qui a le comportement suivant : a) refroidit le combustible en bas de son point d'ignition et agit sur le côté chaleur. _____________ b) combat surtout les feux de liquides inflammables et agit du côté comburant en étouffant le feu

(isole le combustible de l'oxygène). ___________________ c) combat les feux d'équipements électriques et agit du côté du comburant en étouffant le feu. _________________________ d) combat le feu en arrêtant la réaction de combustion et agit du côté du carburant en inactivant la

réaction. __________________ e) agit de la même manière que la poudre mais est beaucoup plus propre. Sert surtout pour les

feux d'ordinateurs mais est très nocif pour l'environnement (Couche d'ozone). ______________ 11- Donne la définition du «point d'ignition» : _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 12 Donne le rôle d'une «substance inhibitrice» : ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Donne un exemple : _____________________________________________________________

la mousse

l'eau

le gaz carbonique

la poudre

le halon

On entend par point d'ignition la température à laquelle un combustible s'enflamme.

On entend par substance inhibitrice une substance qui retarde la combustion d'un combustible.

acide borique



13- Définis opérationnellement la vitesse d'une réaction chimique à pression constante. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 14- Qu'entend-on par catalyseur ? ____________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 15- Énumère les cinq facteurs qui influencent la vitesse de réaction. ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 16- Voici différents cas où un facteur influence la vitesse d'une réaction chimique : 1° cas : Zn(s) (morceaux) + 2HCl(aq) H2(g) + ZnCl2(aq) Rx. rapide Zn(s) (en poudre) + 2HCl(aq) H2(g) + ZnCl2(aq) Rx. très rapide 2° cas : A(aq) + B(aq) AB(aq) à 25°C Rx. rapide A(aq) + B(aq) AB(aq) à 0°C Rx. lente 3° cas: 2 H2(g) + O2(g) 2H2O(g) Rx. très lente 2 H2(g) + O2(g) + Pt(s) 2H2O(g) + Pt(s) Rx. rapide 4° cas : A(aq) (0,25 mol/L) + B(aq) (0,25 mol/L) AB(aq) Rx. rapide A(aq) (0,25 mol/L) + B(aq) (0,15 mol/L) AB(aq) Rx. lente 5° cas : A(aq) + B(aq) AB(aq) à 25°C Rx. lente A(aq) + B(aq) AB(aq) à 0°C Rx. rapide 6° cas : Mg(s) + 2HNO3(ag) H2(g) + Mg(NO3)2(aq) Rx. rapide Zn(s) + 2HNO3(ag) H2(g) + Zn(NO3)2(aq) Rx. moyenne a) Quel cas est influencé par la «nature des réactifs» ? _______ b) Quel cas est influencé par la «surface de contact» ? _______ c) Quel cas est influencé par la «concentration» ? _______ d) Quel cas est influencé par la présence d'un «catalyseur» ? _______ e) Quel cas est influencé par la «température» et dont la réaction est endo. ? _______ f) Quel cas est influencé par la «température» et dont la réaction est exo. ? _______

Le nombre de moles d'un des réactifs consommés, par unité de temps, ou le nombre de moles d'un des produits formés, par unité de temps.

C'est une substance qui modifie la vitesse d'une réaction sans y participer elle-même et qui se retrouve inchangée à la fin de la réaction.

-Nature des réactifs -Surface de contact -Concentration -Catalyseur -Température

6° 1° 4° 3° 2° 5°



17- Conceptuellement : a) Définis «énergie d'activation» : __________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ b) La « vitesse de réaction» varie ___________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 18- Mathématiquement l'expression de la vitesse de réaction s'énonce comment ? ________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 19- Si on a l'équation hypothétique : xA + yB zAxBy alors : vréaction = ____________ 20- Dans l'expression mathématique ( vréaction ), comment se lit la substance entre crochets [A] ? On lira : _______________________________________________________________________ 21- Pourquoi la concentration d'une substance pure, solide ou liquide, ne figure-t-elle pas dans l'ex-

pression mathématique ( vréaction ) :__________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 22- Par contre, explique pourquoi la concentration d'une substance pure gazeuse figure dans l'expres-

sion mathématique. ______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 23- Écris l'expression mathématique de la vitesse de réaction des systèmes chimiques suivants : a) 2SO2(g) + O2(g) 2SO3(g) v = __________________________ b) C(s) + O2(g) CO2(g) v = __________________________ c) Mg(s) + 2HNO3(aq) H2(g) + Mg(NO3)2(aq) v = __________________________ d) 4HCl(g) + O2(g) 2Cl2(g) + 2H2O(g) v = __________________________

Énergie supplémentaire que doit avoir une molécule pour produire des collisions efficaces.

proportionnellement au nombre de collisions efficaces par unité de temps.

À une température donnée, la vitesse de réaction est égale à une constante de proportionnalité multipliée par le produit des concentrations molaires des substances réagissantes. Chacune de ces substances est affectée d'un exposant correspondant au nombre de molécules des réactifs figurant dans l'équation chimique.

k [A]x [B]y

concentration mol/L de A

Comme pour une substance pure, solide ou liquide, le volume ne varie pas à une température donnée, la concentration mol/L ne varie pas et fait partie de la constante de proportionnalité k.

Comme, pour une substance pure gazeuse, le volume peut varier à une température donnée (pression), la concentration mol/L varie et fait partie de l'expression mathématique.

k [SO2]2 [O2]

k [O2]

k [HNO3] 2

k [HCl]4 [O2]



24- Identifie, sur le graphique suivant de distribution des énergies cinétiques, les parties : a), b), c) et d) : a)_____________________________________ b)_____________________________________ c)_____________________________________ d)_____________________________________ 25- Trace sur les graphiques suivants, les barrières d'énergie minimale Ea, démontrant que la réaction est : a) lente b) rapide 26- Dans les graphiques suivants : Quel graphique représente : 1° une augmentation de concentration de c1 à c2: _________ 2° une augmentation de température de t1 à t2: _________ 3° la présence d'un catalyseur: _________

énergie cinétique moyenne molécules qui ont des collisions élastiques barrière d'énergie minimale Ea molécules qui ont des collisions efficaces

a) c) b)



27- Conceptuellement, sachant que la vréaction = Associe le ou les facteurs suivants : nature des réactifs, surface de contact, concentration, pres-

sion, température et catalyseur, à chacun des effets énumérés plus bas :

a) Augmentation de la vitesse des molécules, par le fait même augmentation du nombre de col-lisions efficaces et diminution de l'intervalle de temps. _______________________________

b) Aucune influence probable sur le nombre de collisions efficaces, mais permet à ce nombre de

collisions efficaces de se faire dans un intervalle de temps plus court. ____________________ c) Augmentation par volume du nombre de molécules qui ont des collisions efficaces, sans

changement de l'intervalle de temps. ______________________________________________ d) Collisions efficaces plus nombreuses dû au déplacement de la barrière d'énergie minimale vers

la gauche, sans changement de l'intervalle de temps. _________________________________

28- Quel est le seul facteur qui change l'énergie cinétique moyenne des molécules ? ____________________________________________________________________________ 29- Voici différents graphiques :

a) Quels graphiques illustrent une courbe de distribution des énergies cinétiques des molé-cules ? _________________

b) Quels graphiques illustrent un diagramme d'énergie potentielle? _________________ c) Parmi les courbes de distribution des énergies cinétiques, laquelle représente une réaction

chimique lente ? _________ rapide ? _________ catalysée ? ___________ . d) Parmi les diagrammes d'énergie potentielle, lequel représente une réaction chimique lente ? _________ rapide ? _________ catalysée ? ___________. e) Associer chacune des courbes de distribution des énergies cinétiques à son diagramme d'é-

nergie potentielle correspondant. a) ____ b) ____ c) ____

Température

Nature des réactifs

Surface de contact, concentration et pression

Catalyseur

la température

a), b) et c)

d), e) et f)

a) b) c)

e) d) f)

e) f) d)



30- Le diagramme d'énergie potentielle suivant représente les courbes d'une réaction catalysée et non-catalysée.

Calcule : a) L'énergie d'activation Ea de la réaction directe catalysée : _____________ b) L'énergie d'activation Ea de la réaction inverse catalysée : _____________ c) L'énergie d'activation Ea de la réaction directe non-catalysée : _____________ d) L'énergie d'activation Ea de la réaction inverse non-catalysée : _____________ e) La chaleur molaire ΔH de la réaction directe catalysée : _____________ f) La chaleur molaire ΔH de la réaction inverse catalysée : _____________ g) La chaleur molaire ΔH de la réaction directe non-catalysée : _____________ h) La chaleur molaire ΔH de la réaction inverse non-catalysée : _____________ i) Un catalyseur n'a aucune influence sur la ____________________________ d'une

réaction ; il affecte seulement _________________________________ . 31- Lorsque 0,24 g de Mg(s) réagit avec 100 mL de H2SO4(aq) (1,00 mol/L), celui-ci prend 4 min. et 20 s pour disparaître. A) Écris l'équation chimique balancée. ___________________________________________________________________________

B) Calcule la vitesse de réaction en mole de Mg(s) consommé par minute. C) Sachant que la température et la pression du moment est 20°C et 101,3 kPa, calcule la vitesse en mL de dihydrogène (H2(g)) dégagé par minute. D) Selon la loi d'action de masse, écris l'expression mathématique permettant de calculer la

vitesse de cette réaction. v = ________________ E) Si pour une même quantité de Mg(s) on triple la concentration du H2SO4(aq) , 1° par quel facteur la vitesse de réaction va-t-elle augmenter ou diminuer ? ________________________________________________________________________ 2° calcule le temps que prendra la réaction pour se faire.

40 kJ 15 kJ 55 kJ 30 kJ +25 kJ -25 kJ +25 kJ -25 kJ chaleur molaire ( H)

l'énergie d'activation (Ea )

Mg(s) + H2SO4(aq) H2(g) + MgSO4(aq)

k [H2SO4]

augmenter de 3

4,33 min / 3 = 1,44 min ou 1 min 26 s

Vitesse de réaction Option Science CHIMIE MESURE...

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