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Physique - chimie Chimie Suivi temporel d'une transf - Vitesse de réaction
1 Pr. HICHAM MAHAJAR Pr. YOUSSEF TABIT
2Ă©me Bac Sciences
Chimie
Suivi temporel d'une transformation chimique - Vitesse de réaction
ۧÙŰȘÙۧŰčÙ ŰłŰ±ŰčŰ© -ۧÙŰȘŰȘŰšŰč ۧÙŰČÙ ÙÙ ÙŰȘŰÙÙ ÙÙÙ ÙۧۊÙ
PremiĂšre Partie :
Transformations
rapides et lentes dâun
systĂšme chimique
Unité 2
4 H
I â Suivi temporel de la transformation chimique : La cinĂ©tique chimique vise Ă suivre lâĂ©volution de la transformation chimique,
en particulier Ă dĂ©terminer lâavancement đ = đ(đ).
A cette fin, des méthodes physiques et chimiques sont adoptées :
Les méthodes physiques sont utilisées lorsque certaines grandeurs
physiques mesurables dans un milieu réactionnel sont liées à la concentration de
certaines des espÚces chimiques présentes dans ce milieu, notamment :
Conductimétrie - pH-métrie - mesure de volume ou de pression -
Spectrophotométrie. Ces méthodes se caractérisent par un enregistrement continu
de lâĂ©volution de la quantitĂ© de matiĂšre ou de la concentration dans le temps, et
un temps trÚs courte et non parasites pour le milieu réactionnel.
Il existe des méthodes chimiques telles que l'étalonnage. Ces méthodes ne
permettent pas d'enregistrer en continu l'évolution de la quantité de matiÚre ou
de la concentration d'un réactif ou d'un produit dans le temps.
II â Suivi de l'Ă©volution temporelle d'une transformation chimique : 1â Suivi de l'Ă©volution temporelle d'une transformation chimique par le dosage :
1-1â Ătude cinĂ©tique de la rĂ©action entre lâeau oxygĂ©nĂ©e et lâion iodure : On verse, dans un bĂ©cher, un volume de
solution dâeau oxygĂ©nĂ©e đŻđđ¶đ (đđ) (incolore)
de concentration đȘ = đ, đđ đđđ. đłâđ et
quelques gouttes dâacide sulfurique concentrĂ©,
puis on ajoute un volume de solution d'iodure
de potassium (đČ(đđ)+ + đ°(đđ)
â ) (incolore) de
concentration đȘâČ = đ, đđ đđđ. đłâđ.
AprÚs agitation, on remarque que le mélange prend progressivement une couleur
jaune (A), puis marron (B) pour devenir aprĂšs quelques minutes plus foncĂ© (C). a- Quel est lâespĂšce chimique responsable de la couleur observĂ©e ?
La couleur observĂ©e caractĂ©rise đ°đ (đđ), et on explique l'augmentation de
l'intensitĂ© de la couleur par l'augmentation de la concentration de đ°đ (đđ).
b- DĂ©terminer les couples đđđđ đđđ/đĂ©đ đđđđđđ intervenants dans cette rĂ©action.
Les deux couples sont : đŻđđ¶đ (đđ) / đŻđđ¶(đ) et đ°đ (đđ) / đ°(đđ)â .
c- Ăcrire l'Ă©quation de cette rĂ©action.
Pour le premier couple : đŻđđ¶đ (đđ) + đ đŻ(đđ)+ + đ đâ â đ đŻđđ¶(đ)
Pour le deuxiĂšme couple : đ đ°(đđ)â â đ°đ (đđ) + đ đâ
L'Ă©quation bilan : đŻđđ¶đ (đđ) + đ đ°(đđ)â + đ đŻ(đđ)
+ â đ°đ (đđ) + đ đŻđđ¶(đ)
d- Quel est lâespĂšce chimique dissoute peut ĂȘtre dosĂ©e ?
On peut doser đ°đ (đđ) Ă un instant donnĂ©.
(A) (B) (C)
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2 Pr. HICHAM MAHAJAR Pr. YOUSSEF TABIT
1-2â DĂ©termination de la quantitĂ© de matiĂšre de diiode Ă un moment donnĂ© : On verse, dans un bĂ©cher, un volume đœ = đđđ đđ
de solution d'iodure de potassium (đČ(đđ)+ + đ°(đđ)
â )
de concentration đȘđ = đ, đđđ đđđ. đłâđ, puis on
ajoute un volume đœ = đđđ đđ de solution de
peroxodisulfate de potassium (đđČ(đđ)+ + đșđđ¶đ (đđ)
đâ )
de concentration đȘđ = đ, đđđ đđđ. đłâđ acidifier par
đ đđ dâacide sulfurique concentrĂ©.
Immédiatement, en préparant le mélange, on prélÚve
un volume đœâČ = đđ đđ du mĂ©lange rĂ©actionnel et on
le verse dans un bĂ©cher Ă lâinstant đ = đ , et on
ajoute dans ce bĂ©cher đđ đđ dâeau glacĂ©e (đ â) et
quelques gouttes dâempois dâamidon .
On dose le diiode formĂ© Ă lâinstant đ par la solution de thiosulfate de sodium
(đđ”đ(đđ)+ + đșđđ¶đ (đđ)
đâ ) de concentration đȘđ = đ, đđđ đđđ. đłâđ .
On refait les opĂ©rations prĂ©cĂ©dentes Ă diffĂ©rents instants, comme lâindique le
tableau suivant :
60 50 40 30 20 16 12 9 6 3 0 đ ( đđđ)
3,3 3,2 3,1 2,8 2,3 2,1 1,7 1,4 1,0 0,5 0,0 đ(đ°đ)đ đđđđ
a- Pourquoi on verse l'échantillon du mélange réactionnel dans l'eau glacée avant
chaque dosage ?
Ce processus s'appelle la plongĂ©e dont leur but est d'arrĂȘter la rĂ©action par la
dilution et le refroidissement.
b- Crée le tableau d'avancement de la réaction des ions peroxodisulfate et des
ions iodure. On donne : đșđđ¶đ (đđ)đâ / đșđ¶đ (đđ)
đâ et đ°đ (đđ) / đ°(đđ)â .
Pour le premier couple : đșđđ¶đ (đđ)đâ + đ đâ â đ đșđ¶đ (đđ)
đâ
Pour le deuxiĂšme couple : đ đ°(đđ)â â đ°đ (đđ) + đ đâ
L'Ă©quation bilan : đ đ°(đđ)â + đșđđ¶đ (đđ)
đâ â đ°đ (đđ) + đ đșđ¶đ (đđ)đâ
L'Ă©quation de la rĂ©action đ đ°(đđ)â + đșđđ¶đ (đđ)
đâ â đ°đ (đđ) + đ đșđ¶đ (đđ)đâ
LâĂ©tat du
systĂšme
Lâavancement
de la rĂ©action La quantitĂ© de matiĂšre en (đđđ)
Etat initial đ đđ = đȘđ. đœ đđ = đȘđ. đœ đ đ
En cours đ đȘđ. đœ â đ. đ đȘđ. đœ â đ đ đ. đ
Etat final đđ đȘđ. đœ â đ. đđ đȘđ. đœ â đđ đđ đ. đđ
c- Quelle est la relation entre la quantitĂ© de matiĂšre de diiode formĂ© Ă lâinstant đ
et l'avancement de la rĂ©action đ au mĂȘme instant ?
Ă partir du tableau d'avancement, on trouve que đ(đ°đ)đ = đ(đ) .
d- Comment suivre l'Ă©volution temporelle de cette transformation chimique ?
Le dosage de diiode đ°đ (đđ) par les ions peroxodisulfate đșđđ¶đ (đđ)đâ permet de suivre
l'Ă©volution temporelle de l'avancement de la rĂ©action đ, et calculant ainsi les
solution de
thiosulfate
de sodium đđ”đ(đđ)
+
+ đșđđ¶đ (đđ)đâ
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quantités de matiÚre des autres constituants du milieu réactionnel à chaque
instant đ, tel que : đ(đ°(đđ)â )đ = đȘđ. đœ â đ. đ(đ) , đ(đșđđ¶đ (đđ)
đâ )đ = đȘđ. đœ â đ(đ) et
đ(đșđ¶đ (đđ)đâ )đ = đ. đ(đ) .
e- Crée le tableau d'avancement de la réaction de dosage entre les ions
thiosulfate et le diiode. On donne : đșđđ¶đ (đđ)đâ / đșđđ¶đ (đđ)
đâ et đ°đ (đđ) / đ°(đđ)â .
Pour le premier couple : đ đșđđ¶đ (đđ)đâ â đșđđ¶đ (đđ)
đâ + đ đâ
Pour le deuxiĂšme couple : đ°đ (đđ) + đ đâ â đ đ°(đđ)â
L'Ă©quation bilan : đ°đ (đđ) + đ đșđđ¶đ (đđ)đâ â đ đ°(đđ)
â + đșđđ¶đ (đđ)đâ
L'Ă©quation de la rĂ©action đ°đ (đđ) + đ đșđđ¶đ (đđ)đâ â đ đ°(đđ)
â + đșđđ¶đ (đđ)đâ
LâĂ©tat du
systĂšme
Lâavancement
de la rĂ©action La quantitĂ© de matiĂšre en (đđđ)
Etat initial đ đđâČ (đ°đ (đđ)) đđ = đȘđ. đœđđ đđ đ
En cours đ đđâČ (đ°đ (đđ)) â đ đȘđ. đœđđ â đ. đ đđ + đ. đ đ
Etat final đđđ đđâČ (đ°đ (đđ)) â đđđ đȘđ. đœđđ â đ. đđđ đđ + đ. đđđ đđđ
tel que đđ est la quantitĂ© de matiĂšre de đ°(đđ)â contenue dans l'Ă©chantillon titrĂ©.
f- ExprimĂ©e la quantitĂ© de matiĂšre de diiode formĂ© đđâČ (đ°đ (đđ)) en fonction de
volume dâĂ©quivalence đœđđ et de la concentration molaire đȘđ de la solution de
thiosulfate de sodium .
Ă lâĂ©quivalence, on a đđŹ = đâČđ(đ°đ) = đȘđđœđŹ
đ . Etant donnĂ© que le volume du
mélange réactionnel est égale à 10 fois le volume de l'échantillon prélevé, alors,
la quantité de matiÚre de diiode formé à un instant donné dans le mélange
rĂ©actionnel est : đđ(đ°đ) = đđ đâČđ(đ°đ) = đ đȘđđœđŹ .
g- Tracer la courbe đ = đ(đ) .
1-3â RĂ©sumĂ© : Le dosage permet de suivre l'Ă©volution temporelle de
l'avancement de la rĂ©action đ, oĂč đ peut ĂȘtre calculĂ© Ă chaque
instant à partir de la connaissance de la quantité de matiÚre
de l'un des réactifs ou des produits formés à cet instant.
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2â Suivi de l'Ă©volution temporelle d'une transformation chimique par :
2-1â La mesure de pression dâun gaz : On introduit, dans une fiole branchĂ© avec un manomĂštre,
le volume đœ = đđ, đ đđł de solution de l'acide
chlorhydrique de concentration đȘ = đ, đ đđđ. đłâđ et le
ruban de magnĂ©sium de masse đ = đ, đđđ đ .
On enregistre la valeur de la pression toutes les
a- Ăcrire l'Ă©quation de cette rĂ©action.
On considĂšre les couples suivants :
đŽđ(đđ)đ+ /đŽđ(đ) et đŻ(đđ)
+ /đŻđ (đ)
L'Ă©quation bilan : đŽđ(đ) + đ đŻ(đđ)+ â đŽđ(đđ)
đ+ + đŻđ (đ)
b- Calculer les quantités de matiÚre initiale des réactifs.
On a đđ(đŻđđ¶+) = đȘ. đœ = đ, đ Ă đ, đđ = đđ đđđđ
et đđ(đŽđ) =đ(đŽđ)
đŽ(đŽđ)=
đ,đđđ
đđ,đ= đ, đđ đđđđ
c- DĂ©terminer le rĂ©actif limitant et la valeur de đđŠ .
Puisque on a đđ(đŻđđ¶+)
đ>
đđ(đŽđ)
đ , alors le rĂ©actif limitant
est đŽđ(đŹ) et lâavancement maximale est :
đđŠ =đđ(đŽđ)
đ= đ, đđ đđđđ .
d- Crée le tableau d'avancement de cette réaction.
L'Ă©quation de la rĂ©action đŽđ(đ) + đ đŻ(đđ)+ â đŽđ(đđ)
đ+ + đŻđ (đ)
LâĂ©tat du syst Lâavancement La quantitĂ© de matiĂšre en (đđđđ)
Etat initial đ đ, đđ đđ đ đ
En cours đ đ, đđ â đ đđ â đ. đ đ đ
Etat final đđđđ đ đđ, đ đ, đđ đ, đđ
e- Cette réaction donne un gaz de dihydrogÚne, entraßnant une augmentation de la
pression Ă lâintĂ©rieure dâune fiole de volume constant. Le manomĂštre mesure la
pression Ă l'intĂ©rieure de la fiole : đ = đđđđ + âđ oĂč đđđđ est la pression
atmosphĂ©rique. Trouver la relation entre la variation de pression âđ du gaz Ă
l'intĂ©rieur de la fiole et lâavancement de la rĂ©action đ (on considĂšre que le gaz est
Ă lâĂ©tat initial, on a đđđđ = đđ.đč.đ»
đœ oĂč đđ est la quantitĂ© de matiĂšre des
espĂšces situĂ©es dans lâair. au cours de la transformation :
đ = (đđ + đ(đŻđ)).đč.đ»
đœ= đđ.
đč.đ»
đœ+ đ(đŻđ).
đč.đ»
đœ= đđđđ + đ(đŻđ).
đč.đ»
đœ
et puisque : đ(đŻđ) = đ(đ) alors : đđ = đ(đŻđ).đč.đ»
đœ= đ(đ).
đč.đ»
đœ (đ)
Ă lâĂ©tat final, on a : đđđđđ = đđđđ .đč.đ»
đœ (đ)
de (đ) et (đ) on dĂ©duit que : (đ)
(đ)
đđ
đđđđđ=
đ(đ).đč.đ»
đœ
đđđđ .đč.đ»
đœ
=đ(đ)
đđđđ
alors : đ(đ) = đđđđ .đđ
đđ·đđđ avec đđ = đ, đđ đđđđ , đđđđ = đđđđ đđ·đ et
đ· (đđ·đ) đ (đ)
1013 0
1025 30
1036 60
1048 90
1060 120
1068 150
1079 180
1081 210
1087 240
1091 270
1093 300
1093 330
Le ruban de magnĂ©sium đŽđ(đ)
đŻ(đđ)+ + đȘđ(đđ)
â
parfait).
man
om
Ăštre đđ đđđđđđ đđ.
đđđđđ = đ â đđđđ = đđ đđ·đ
Capteur de pression
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f- Calculer đ(đ) Ă diffĂ©rents instants.
Voir ci-contre.
g- Tracer la courbe đ = đ(đ) .
Exemple :
On a đđ = đđđđ â đđđđ = đđ đđ·đ , donc đ(đđđ) = đ, đđ. đđâđ.đđ
đđ= đ, đđ đđđđ
alors đđđđ(đŻđ) = đđđđ(đŽđđ+) = đ, đđ đđđđ
et đđđđ(đŻ+) = (đđ â đ Ă đ, đđ). đđâđ = đđ, đđ đđđđ et đđđđ(đŽđ) = (đ, đđ â đ, đđ). đđâđ = đ, đđ đđđđ
Résumé :
La mesure de pression du gaz permet de suivre l'Ă©volution temporelle
de lâavancement de la rĂ©action đ dâune maniĂšre continue. 2-2â La conductimĂ©trie : On verse, dans un bĂ©cher, đđ đđ d'eau distillĂ©e et đđ đđ d'alcool , et on mettre le
bĂ©cher dans un bain Marie Ă tempĂ©rature de đđ°đȘ . Puis on ajoute, dans ce
bĂ©cher, đ đđ de 2-chloro-2-mĂ©thylpropane (đđ = đ, đ. đđâđ đđđ) et notĂ© đčđȘđ.
On fait lâĂ©talonnage de la conductimĂštre et on immerge la cellule de mesure dans
le mĂ©lange aprĂšs lâagitation. AprĂšs chaque đđđ đđđđđđ đđ, on enregistre la
conductivitĂ© đ(đ) de la solution comme lâindique le tableau ci-dessous :
2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 đ(đ)
1,955 1,955 1,905 1,856 1,759 1,661 1,466 1,270 0,977 0,489 0 đ (đș/đ)
a- Ăcrire l'Ă©quation de cette rĂ©action.
L'Ă©quation bilan : đčđȘđ + đŻđđ¶(đ) â đčđ¶đŻ + đŻ(đđ)+ + đȘđ(đđ)
â
b- Crée le tableau d'avancement de cette réaction.
L'Ă©quation de la rĂ©action đčđȘđ + đŻđđ¶(đ) â đčđ¶đŻ + đŻ(đđ)+ + đȘđ(đđ)
â
LâĂ©tat du
systĂšme
Lâavancement
de la réaction
La quantitĂ© de matiĂšre en (đđđđ)
Etat initial đ đđ
en e
xcĂš
s
đ đ đ
En cours đ đđ â đ đ đ đ
Etat final đđđđ đđ â đđđđ đđđđ đđđđ đđđđ
đ (đđđđ) đ (đ) 0 0
0,12 30
0,24 60
0,36 90
0,48 120
0,56 150
0,64 180
0,70 210
0,76 240
0,80 270
0,82 300
0,82 330
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Puisque lâeau est en excĂšs, alors le rĂ©actif limitant est đčđȘđ et lâavancement
maximale est : đđŠđđ± =đđ
đ= đ, đ. đđâđ đđđ .
c- La conductivité de la solution change-t-elle ?
La rĂ©action entraĂźne la formation d'ions đŻ(đđ)+ et đȘđ(đđ)
â qui augmentent la
conductivité du milieu réactionnel.
d- Trouver la relation entre la conductivitĂ© đ(đ) et lâavancement de la rĂ©action đ(đ) .
La conductivitĂ© de la solution est exprimĂ©e par : đ(đ) = đđŻ+ . [đŻ+]đ + đđȘđâ . [đȘđâ]đ
DâaprĂšs le tableau dâavancement, on a : [đŻ+]đ = [đȘđâ]đ =đ(đ)
đœ
Puisque le volume de la solution est constant, alors : đ(đ) = (đđŻ+ + đđȘđâ).đ(đ)
đœ (đ)
Ă lâĂ©tat final, on a : đ(đđ) = đđđđ = (đđŻ+ + đđȘđâ).đđđđ
đœ (đ)
de (đ) et (đ) on dĂ©duit que : (đ)
(đ)
đ(đ)
đđđđ=
đ(đ)
đđđđ
alors : đ(đ) = đđđđ.đ(đ)
đđđđ avec đđđđ = đ, đ. đđâđ đđđ et đđđđ = đ, đđđ đș. đâđ
e- Calculer đ(đ) Ă diffĂ©rents instants.
Voir ci-contre.
f- Tracer la courbe đ = đ(đ) .
Résumé :
La mesure de la conductivitĂ© đ dâune solution ionique permet de suivre
l'Ă©volution temporelle de lâavancement de la rĂ©action đ dâune maniĂšre
continue pour les réactions dans lesquelles la différence entre la
conductivitĂ© des produits et la conductivitĂ© des rĂ©actifs est importante. III â Vitesse de rĂ©action et le temps de demi-rĂ©action : 1â Vitesse de rĂ©action :
1-1â DĂ©finition : La vitesse volumique dâune rĂ©action correspond Ă la quantitĂ© de matiĂšre formĂ©e
ou disparue par unitĂ© de temps et de volume, tel que : đ(đđ) = đ
đœ(
đ đ
đ đ)đđ
.
avec đœ : le volume de la solution (đđ) et đ đ
đ đ : la variation de lâavancement đ
de la rĂ©action par rapport au temps (đđđ. đâđ) .
LâunitĂ© de la vitesse volumique dans (đșđ°) est : đđđ. đâđ. đâđ
đ (đđđđ) đ (đ) 0 0
2,30 200
4,60 400
5,98 600
6,90 800
7,82 1000
8,62 1200
8,73 1400
8,96 1600
9,20 1800
9,20 2000
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1-2â DĂ©termination de la vitesse volumique de rĂ©action :
Graphiquement : On trace la tangente Ă la
courbe đ = đ(đ) Ă la date đ choisie.
On calcule la valeur du rapport đ đ
đ đ qui reprĂ©sente
le coefficient directeur de cette tangente, et on le
divise par la valeur de đœ (volume de la solution).
Utilisation dâun tableur : Il calcule
directement la vitesse đ Ă partir des valeurs de đœ,
1-3â Evolution de la vitesse de rĂ©action au cours du temps : On remarque la diminution de l'angle đ¶ et par
conséquent les valeurs de coefficient directeur de
la tangente đđđ đ¶ diminuent au fur et Ă mesure
que la transformation Ă©volue avec le temps.
Et puisque la transformation se déroule dans un
volume constant, alors : la vitesse de réaction diminue avec le temps.
2â Temps de demi-rĂ©action :
2-1â DĂ©finition : Le temps de demi-rĂ©action, notĂ© đđ đâ , correspond au temps nĂ©cessaire pour que
l'avancement soit parvenu Ă la moitiĂ© de sa valeur finale : đ(đđ đâ ) = đđ
đ .
Remarque : Si la transformation est totale, ce qui correspond Ă la disparition
du réactif limitant, l'avancement final est égal l'avancement maximal, alors :
đ(đđ đâ ) = đđđđ
đ .
2-2â DĂ©termination du temps de demi-rĂ©action : On le dĂ©termine graphiquement Ă partir de la
courbe des variations de l'avancement đ = đ(đ) :
On détermine la valeur de l'avancement final
đđ par le traçage dâune asymptote Ă la courbe.
On dĂ©termine đđ
đ sur la courbe .
On détermine le point d'intersection de la ligne
horizontale de l'ordonnĂ©e đđ
đ avec la courbe.
Lâabscisse du point d'intersection reprĂ©sente le
temps de demi-rĂ©action đđ đâ .
Remarque : Pendant le suivi temporel de la transformation, la durée entre chaque
mesure doit ĂȘtre beaucoup plus courte que le temps de demi-rĂ©action đđ đâ
pour garantir l'intégrité de l'étude.
Le temps de demi-réaction permet d'estimer le temps nécessaire à la fin de
la transformation chimique Ă©tudiĂ©e (environ đđ = đđ đđ đâ ) .
đđ et đđ.