TP 5: FACTEURS TP 5: FACTEURS CINETIQUES ET CINETIQUES ET CATALYSECATALYSE

I- REACTIONS LENTES, REACTIONS I- REACTIONS LENTES, REACTIONS RAPIDESRAPIDES

MnOMnO44--(aq)(aq) + 5 Fe + 5 Fe2+2+

(aq)(aq) + 8 H + 8 H++(aq) (aq) Mn Mn2+2+

(aq)(aq) + 4 H + 4 H22OO(l) (l) + 5 Fe+ 5 Fe3+3+(aq)(aq)

Qdm EIQdm EI n(n(MnOMnO44

--))ii n(n(FeFe2+2+))ii

excèsexcès

00

solvantsolvant

00

qdm qdm En coursEn cours

n(n(MnOMnO44--))i i – x– x n(n(FeFe2+2+))i i – 5x– 5x xx 5 x5 x

qdm EFqdm EFn(n(MnOMnO44

--))ii – –

xxmaxmax

n(n(FeFe2+2+))i i - 5x - 5xmaxmax xxmaxmax 5 x5 x

maxmax

n(MnOn(MnO44--))ii = CV = 1,0.10 = CV = 1,0.10-4-4 x 20.10 x 20.10-3-3 = 2,0.10 = 2,0.10-6-6 mol mol

n(n(FeFe2+2+))ii = CV = 1,0.10 = CV = 1,0.10-2-2 x 20.10 x 20.10-3-3 = 2,0.10 = 2,0.10-4-4 mol mol

Recherche du réactif limitant:Recherche du réactif limitant:

Si MnOSi MnO44-- est limitant, alors: est limitant, alors:

n(n(MnOMnO44--))ii – 2x – 2xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmax max = 1,0.10= 1,0.10-6-6 mol mol

Si FeSi Fe2+ 2+ est limitant alors: est limitant alors:

n(n(FeFe2+ 2+ ))i i - 5x - 5xmaxmax= 0 donc x= 0 donc xmaxmax = 4,0.10 = 4,0.10-5-5molmol

MnOMnO44- - est bien le réactif limitant et xest bien le réactif limitant et xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-6-6 mol mol

I- REACTIONS LENTES, REACTIONS I- REACTIONS LENTES, REACTIONS RAPIDESRAPIDES

2 2 MnOMnO44--(aq)(aq) + 5 H + 5 H22CC22OO4(aq)4(aq) + 6 H + 6 H++

(aq) (aq) 2 Mn 2 Mn2+2+(aq)(aq) + 8 H + 8 H22OO(l) (l) + 10 CO+ 10 CO2(g)2(g)

Qdm EIQdm EI n(n(MnOMnO44

--))ii n(n(HH22CC22OO44))ii

excèsexcès

00

solvantsolvant

00

qdm qdm En coursEn cours

n(n(MnOMnO44--))i i – 2x– 2x n(n(HH22CC22OO44))i i – –

5x5x2x2x 10x10x

qdm EFqdm EFn(n(MnOMnO44

--))ii – –

2x2xmaxmax

n(n(HH22CC22OO44))i i - -

5x5xmaxmax

2x2xmaxmax 10x10x

maxmax

n(MnOn(MnO44--))ii = CV = 1,0.10 = CV = 1,0.10-4-4 x 20.10 x 20.10-3-3 = 2,0.10 = 2,0.10-6-6 mol mol

n(Hn(H22CC22OO44))ii = CV = 5,0.10 = CV = 5,0.10-1-1 x 20.10 x 20.10-3-3 = 1,0.10 = 1,0.10-2-2 mol mol

Recherche du réactif limitant:Recherche du réactif limitant:

Si MnOSi MnO44-- est limitant, alors: est limitant, alors:

n(n(MnOMnO44--))ii – 2x – 2xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmax max = 1,0.10= 1,0.10-6-6 mol mol

Si HSi H22CC22OO44 est limitant alors: est limitant alors:

n(n(HH22CC22OO44))i i - 5x - 5xmaxmax=0 donc x=0 donc xmaxmax = 2,0.10 = 2,0.10-3-3molmol

MnOMnO44- - est bien le réactif limitant et xest bien le réactif limitant et xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-6-6 mol mol

2) L’ion permanganate est le réactif 2) L’ion permanganate est le réactif limitant. A l’état final, il a entièrement limitant. A l’état final, il a entièrement disparu. Or il donne aux solutions une disparu. Or il donne aux solutions une coloration violette. coloration violette.

La réaction (1) est achevée lorsque la La réaction (1) est achevée lorsque la solution passe du violet au jaune pale solution passe du violet au jaune pale (couleur des ions Fe(couleur des ions Fe3+3+ formés) formés)

La réaction (2) est achevée lorsque la La réaction (2) est achevée lorsque la solution passe du violet à l’incolore.solution passe du violet à l’incolore.

3) La réaction (1) est rapide : on ne 3) La réaction (1) est rapide : on ne détecte pas à l’œil nu son évolutiondétecte pas à l’œil nu son évolution

La réaction (2) est lente : il faut environ La réaction (2) est lente : il faut environ 1 min pour observer la décoloration 1 min pour observer la décoloration totale du mélange réactionnel.totale du mélange réactionnel.

II- LES CATALYSEURSII- LES CATALYSEURS

1)1) Décomposition de l’eau oxygénéeDécomposition de l’eau oxygénée

a.a. Lorsque l’eau oxygénée se décompose il Lorsque l’eau oxygénée se décompose il se forme du dioxygène gazeux donc se forme du dioxygène gazeux donc formation de bulles de gaz dans la formation de bulles de gaz dans la solutionsolution

b.b. Parmi les espèces testées, le platine, les Parmi les espèces testées, le platine, les ions fer III, le navet et la viande sont des ions fer III, le navet et la viande sont des catalyseurs de cette réaction.catalyseurs de cette réaction.

c) Catalyse homogène: les ions fer IIIc) Catalyse homogène: les ions fer III

catalyse hétérogène: le platinecatalyse hétérogène: le platine

catalyse enzymatique: viande et navetcatalyse enzymatique: viande et navet

d) Sur le disque de platine, il y a d) Sur le disque de platine, il y a beaucoup plus de surface de contact beaucoup plus de surface de contact entre le réactif et le catalyseur: le entre le réactif et le catalyseur: le réaction se fait mieux.réaction se fait mieux.

2- Action des ions 2- Action des ions tartrate sur l’eau tartrate sur l’eau oxygénéeoxygénée

HH22OO22(aq) / H(aq) / H22O(l): O(l):

HH22OO22(aq)(aq) + 2 H+ 2 H++(aq) +2e- =2H(aq) +2e- =2H22O(l) O(l) (x5)(x5)

COCO22(g)/C(g)/C44HH44OO662-2-(aq):(aq):

CC44HH44OO662-2-(aq) + 2H(aq) + 2H22O(l) = 4COO(l) = 4CO22(g)+ 8H(g)+ 8H++(aq) +10 e-(aq) +10 e-

5H5H22OO22(aq)+2 H(aq)+2 H++(aq)+C(aq)+C44HH44OO662-2-(aq) (aq) →→ 8H 8H22O(l)+ 4COO(l)+ 4CO22(g)(g)

b. Cette réaction se produit lorsqu’on détecte b. Cette réaction se produit lorsqu’on détecte un dégagement gazeuxun dégagement gazeux

c. En présence de chlorure de cobalt, la c. En présence de chlorure de cobalt, la solution prend une coloration rose.solution prend une coloration rose.Plongé dans un bain marie à 70°C, on Plongé dans un bain marie à 70°C, on observe un intense dégagement gazeux , la observe un intense dégagement gazeux , la solution vire du rose au vert puis quand la solution vire du rose au vert puis quand la réaction s’achève elle redevient rose.réaction s’achève elle redevient rose.En absence de cobalt, la réaction se fait En absence de cobalt, la réaction se fait mais plus lentementmais plus lentement

d. Le catalyseur s’est régénéré.d. Le catalyseur s’est régénéré.

III- Facteurs cinétiquesIII- Facteurs cinétiques

S2O32-

(aq) + 2 H+(aq) S(s) + SO2(aq) + H2O(l)

Qdm EI n(S2O32-)i n(H+)i 0 0

solvant

qdm en cours

n(S2O32-)i - x n(H+)i-2x x x

qdm EF n(S2O32-)i - xmax n(H+)i-2xmax xmax xmax

Qdm initiale d’ion HQdm initiale d’ion H++ (pour 20 mL) : (pour 20 mL) :

n(Hn(H++))ii = CV = 1,0.10 = CV = 1,0.10-1-1 x 20.10 x 20.10-3-3 =2,0.10 =2,0.10-3 -3 molmol Qdm initiale de SQdm initiale de S22OO33

2-2- (pour 20 mL) : (pour 20 mL) :

n(Sn(S22OO332-2-))ii = C = C11V = 0,5.10V = 0,5.10-1-1 x 20.10 x 20.10-3-3 =1.10 =1.10-3-3 mol mol

Réactif limitant:Réactif limitant:

n(Sn(S22OO332-2-))i i - x - xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmaxmax = 1.10 = 1.10-3-3 mol mol

Ou Ou

n(Hn(H++))ii -2 x -2 xmax max = 0 donc x= 0 donc xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-3-3 mol mol

Les 2 réactifs sont épuisés à l’état final et Les 2 réactifs sont épuisés à l’état final et

xxmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-3-3 mol mol

Avec la 2Avec la 2èmeème solution d’ions thiosulfate: solution d’ions thiosulfate:

Qdm initiale de SQdm initiale de S22OO332-2-::

n(Sn(S22OO332-2-))ii = C = C22V = 1,0.10V = 1,0.10-1-1 x20.10 x20.10-3-3 =2,0.10 =2,0.10-3-3 mol mol

La qdm d’ion HLa qdm d’ion H++ est inchangée: 2,0.10-3 mol est inchangée: 2,0.10-3 mol

Réactif limitant:Réactif limitant:

n(Sn(S22OO332-2-))i i - x - xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmaxmax = 2,0.10 = 2,0.10-3-3 mol mol

Ou Ou

n(Hn(H++))ii -2 x -2 xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-3-3 mol mol

HH++ est épuisé à l’état final et x est épuisé à l’état final et xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-3-3 mol mol

Avec la 3Avec la 3èmeème solution d’ions thiosulfate: solution d’ions thiosulfate:

Qdm initiale de SQdm initiale de S22OO332-2-::

n(Sn(S22OO332-2-))ii = C = C33V = 5,0.10V = 5,0.10-1-1 x20.10 x20.10-3-3 =1,0.10 =1,0.10-2-2 mol mol

La qdm d’ion HLa qdm d’ion H++ est inchangée: 2,0.10 est inchangée: 2,0.10-3-3 mol mol

Réactif limitant:Réactif limitant:

n(Sn(S22OO332-2-))i i - x - xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-2-2 mol mol

Ou Ou

n(Hn(H++))ii -2 x -2 xmaxmax = 0 donc x = 0 donc xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-3-3 mol mol

HH++ est épuisé à l’état final et x est épuisé à l’état final et xmaxmax = 1,0.10 = 1,0.10-3-3 mol mol

Dans les trois mélanges, on atteint le Dans les trois mélanges, on atteint le même xmême xmaxmax donc l’état final est le même : donc l’état final est le même :

même qdm de soufre et de dixoyde de même qdm de soufre et de dixoyde de soufre formés dans les trois mélanges. soufre formés dans les trois mélanges.

La seule différence est la présence d’un La seule différence est la présence d’un excès à l’état final d’ions thiosulfate excès à l’état final d’ions thiosulfate dans les mélanges 2 et 3 dans les mélanges 2 et 3