Cinétique : Vitesse de réaction

Cinétique : Vitesse de réaction


Le titre du montage est simple et laisse libre cours à beaucoup de
déclinaisons. Je choisis arbitrairement la déclinaison pédagogique :

Je considère que l'élève (Jury) devant moi ne sait pas ce qu'est une
vitesse de réaction, ni même que certaines réactions chimiques sont lentes
et encore moins qu'on peut mesurer la vitesse d'une réaction chimique.
Je sais qu'il me faudra distinguer la vitesse de réaction d'avec la vitesse
d'évolution d'un réactif ou d'un produit, il me faudra être clair sur ce
point.

But : Montrer des réactions rapides et lentes, définir la notion de vitesse
de Réaction, dégager les paramètres qui influencent cette vitesse. On
étudiera le plus profondément possible l'hydrolyse du chlorure de tertio
butyle

Compte-rendu : Tout sauf l'extension, avec au minimum le III

1.Introduction réaction lente et réaction rapide

Matériels par poste si possible :
2 tube à essai et porte tube


Réactifs
Solution de nitrate d'argent concentration quelconque
Solution de chlorure de sodium

1) Réaction rapide
Exemple : Ag+ + Cl- = AgCl En tube à essai

2) Réaction lente
Prendre un des cas étudié par la suite, dismutation du thiosulfate en
milieu acide (ci-dessous) et montrer que le soufre solide en suspension se
forme lentement.
On peut bien sur envisager un discours sur les réactions lentes qui nous
entourent, oxydation du fer, décomposition des déchets, etc...

2.Mises en Evidence des facteurs cinétiques

À l'intention des étudiants : l'utilisation des burette automatique
peut s'avérer pratique pour faire des mélanges nombreux et concernant les
mêmes espèces.


Matériels par poste si possible :
3 Éprouvettes graduées 50 mL,
3 béchers identiques
Papier + marqueur
Bain thermostaté.
Glace
Chronomètre thermomètre


Réactifs
Solution de thiosulfate de sodium à 0,2 mol/L
Solution de thiosulfate de sodium à 1 mol/L
Eau distillée

[pic]
L'exercice ci-dessus sert de base pour l'expérience simple suivante :
Vous devez écrire l'équation de la réaction qui se produit au tableau.
Important pour le 4)
1) La vitesse moyenne de formation
a) Expérience 1
Trois béchers identiques contiennent ;
|Becher |Vol en mL |Vol en mL |Vol en mL |Durée T de |
| |Acide 1 |Thiosulfate 0,2 |D'eau |disparition |
| |mol/L |mol/L | |en s |
|1 |5 |10 * |15 | |
|2 |10 |10 * |10 | |
|3 |15 |10 * |5 | |


* Ces trois volumes seront préparés dans des éprouvettes graduées et
seront versés simultanément en déclenchent le chronomètre
b) Observations
La croix met un certain temps à disparaître
Le temps de disparition augmente quand concentration en acide diminue
(argumentez)
c) conclusion
La disparition de la croix correspond à une quantité n de soufre solide
formée, à chaque quantité n de soufre formé on relève le temps de
disparition le rapport n /T représente la vitesse d'apparition du soufre
elle s'exprime en mol/s
si le volume est constant on peut diviser cette valeur par V (volume total)
et l'on définit ainsi
la vitesse moyenne volumique de formation du soufre comme étant
[pic] en mol.L-1.s-1
La concentration des espèces semble influencer cette vitesse vérifions
le :

2) Influence de la concentration
a) expérience
|Becher |Vol en mL |Vol en mL |Vol en mL |Durée T de |
| |Acide 1 |Thiosulfate 0,2 |D'eau |disparition |
| |mol/L |mol/L | |en s |
|1 |10 |5 |15 | |
|2 |10 |10 |10 | |
|3 |10 |15 |5 | |


b) Observations
On constate que T augmente quand la concentration en thiosulfate
diminue dans le mélange
c) Conclusion
La concentration en réactif influence la vitesse moyenne volumique de
formation (ici du soufre) [pic] par la suite on parlera de vitesse moyenne
de formation


3) Influence de la température
a) Expérience
|Becher |Vol en mL |Vol en mL |Vol en mL |Durée T de |
| |Acide 1 |Thiosulfate 0,2 |D'eau |disparition |
| |mol/L |mol/L | |en s |
|1 T = |10 |10 |20 | |
|0°C | | | | |
|2 T |10 |10 |20 | |
|ambiante| | | | |
|3 T = |10 |10 |20 | |
|50° C | | | | |

b) Observation
T diminue quand la température Augmente
c) Conclusion
La température est un facteur cinétique, elle influence la vitesse de
formation quand T augmente la vitesse de formation diminue

4) Vitesse de réaction
L'évolution des espèces en réaction chimique va dépendre du fait
qu'elles soient réactif ou produit et du coefficient st?chiométrique, pour
rendre cette notion de vitesse indépendante de l'espèce choisie, on définit
la vitesse de réaction en écrivant : [pic] avec le coeff. st?chiométrique
algébrique (expliqué)

3. La vitesse instantanée de réaction, Hydrolyse du 2-chloro-2-
méthylpropane

Pré requis Savoir: Connaître la SN1 et les différents facteurs influençant
sa cinétique


Cette réaction peut figurer dans de nombreux montages.
Matériels :
Éprouvette graduée 100 mL,
Pipette de précision
Conductimètre avec interface
Bécher thermostaté.
Thermostat
Ordinateur


Réactifs
2-chloro-2-méthylpropane (CH3)3CCI
Éthanol
Eau distillée
1) Expérience
En solution aqueuse, le 2-chloro-2-méthylpropane (CH3)3CCI, noté RCI,
subit une réaction d'hydrolyse d'équation:
RCl (aq) + H20 = ROH (aq) + H+ (aq) + Cl- (aq)
La réaction produit des ions H+ (aq) et Cl- (aq) qui augmentent la
conductivité du milieu réactionnel. L'évolution du système peut donc être
suivie par conductimétrie.

Introduisons dans un bécher 75 mL d'eau distillée, puis la sonde
conductimètrique, et relevons la conductance initiale G(0) . Ajoutons alors
25 mL d'une solution incolore de (CH3)3CCI (1 mL) dans l'éthanol en
déclenchant le chronomètre. Agitons pour homogénéiser la solution et
relevons toutes les minutes la conductance G(t).
Construisons alors le graphe G (t) = f (t). Sur papier ou sur l'ordinateur

Les conditions opératoires peuvent être différentes (voir les autres
bibliographies), on s'adapte.
On peut établir la relation [pic] avec x(t) l'avancement de la
réaction, C la concentration en 2-chloro-2-méthylpropane, V le volume de la
solution. La réaction peut s'établir de la même façon avec la conductivité.
Si G(0) est négligeable, la conductance est proportionnelle à l'avancement.
La mesure de la grandeur physique G(t) permet de suivre en continu
l'évolution de l'avancement de la réaction dans le système.

2) Observation
La concentration en ion H+ formé qui est directement proportionnelle a
la conductance varie au cours du temps.
Au plus la réaction avance au plus la variation de concentration des
ions H+ est petite

3) Conclusion
On peut définir la vitesse d'évolution instantanée des ions H+ en
traçant les tangentes en différentes dates de la réaction si le volume
total est constant, on définit [pic]la vitesse d'évolution instantanée de
H+
Au facteur de proportionnalité près, mesurer v en trois dates différentes.


4) Extension
a) « Vérifiez » l'ordre 1 pour la réaction
b) Refaire la manipulation à diverses températures : « atteindre »
l'énergie d'Activation
c) Refaire la manipulation dans divers solvants en jouant sur un
mélange eau-acétone

Biblio : Expériences de la famille des Oxydo Réductions Danièle Cachau

Edition De boeck (à paraître)
CHIMIE Terminale Cet E collection EURIN et GIE HACHETTE 1989