Exercices de cinétique chimique 1 - E-learning prepas

Lycée technique Mohamed V
2002/2003 Classes préparatoires MPSI2
Beni mellal
|T-D :CINETIQUE CHIMIQUE | Exercice 01: Réaction d'ordre n
La réaction : R P est
d'ordre n ( n > 1 ).
Déterminer les formes différentielle et intégrée ainsi que les expressions
des temps t 1/2 , t ¾ et ( ( n ) = [pic].
Exercice 02: Réaction d'ordre 1 en phase liquide
La réaction d'hydrolyse du (CH3)2CBr ( RBr donne (CH3)2COH ( ROH et
HBr. On symbolisera son équation bilan, pour simplifier l'écriture, par :
RBr + H2O ROH + HBr .
Elle est réalisée dans un solvant constitué d'un mélange de 10 % d'eau et
90 % de propanone [ (CH3)2CO ].
Les résultats obtenus à 25 °C sont les suivants : C étant la concentration
en (CH3)2CBr
|t ( heures ) |0 |2 |4 |8 |12 |20 |
|P ( 102 Pa ) |250 |272 |293 |332 |368 |431 | Montrer que ces résultats vérifient bien une cinétique d'ordre 1 et
calculer la constante de vitesse et t1/2 et t3/4 .
Exercice 04: Energies d'activation et constante d'équilibre
Dans le dioxane, l'urée s'isomérise en isocyanate d'ammonium : OC(NH2)2
NH4OCN.
A T = 61 °C k1 = 1,62.10-5 mn-1 et k -1 = 0,157.10-5 mn-1
A T' = 71 °C k1 = 6,35.10-5 mn-1 et k -1 = 0,445.10-5 mn-1
Calculer les énergies d'activation de cette réaction et les valeurs de sa
constante d'équilibre K à T et à T'.
Exercice 05: Réaction réversible d'ordre 2 en phase liquide
On considère la réaction :
A + B C
Avec [ A ]0 = a = [ B ]0 et [ C ]0 = 0 ; Posons [ C ] = x à
l'instant t.
1.Exprimer la vitesse de la réaction en fonction k1, k -1, x et a. Sachant
que l'ordre partiel de la réaction par rapport à chaque composé est égale
1.
2.Quelle est la relation entre la constante d'équilibre K et les constantes
de vitesse k1 et k -1 ?
3.Montrer que la relation entre x, t, k1 et xe avec xe est la valeur de x
à l'équilibre est :
k1.t = [pic] . Ln [ [pic]. ( [pic] ) ]
4.Rappeler la définition du temps de demi-réaction et l'exprimer en
fonction de k1, xe et a. Discuter.
5.Tracer grossièrement les variations de x ( t ). Quelle est l'expression
de sa pente à l'origine des temps ?
6.Montrer que la connaissance de la courbe expérimentale nous permet de
déterminer k1 et k -1.
Exercice 06: Réactions consécutives d'ordre 1 en phase liquide
La nitratation du 1,4 - diméthylbenzène (A) se fait en deux étapes :
A + HNO3 B + H2O
( avec B ( ANO2 )
B + HNO3 C + H2O
( avec C ( A( NO2 )2 )
Chacune de ces étapes est supposée être d' ordre 1 par rapport à chaque
réactif. A température fixée on part d'un mélange initial composé de :
[ A ]0 = 1,00 mol.l-1 et [ HNO3 ]0 =
1,12 mol.l-1.
Au bout d'un temps infiniment long on obtient : [ C ]( = 0,23 mol.l-1
et [ HNO3 ]( = 0,00 mol.l-1.
1.Par conservation de la matière, calculer [ A ]( et [ B ]( . En déduire
la valeur du rapport ( = [pic].
Exercice 07: Réactions parallèles
On considère les deux réactions parallèles : A B (
d'ordre 1 ) et A C + D ( d'ordre 2 ).
Définir les vitesses V1 et V2 de ces deux réactions. Puis établir
l'équation x ( t ) = [ A ].
Exercice 08: Réaction réversible d'ordre 2 en phase gazeuse
On étudie la thermolyse de HI à 393 °C d'équation bilan :
2.HI I2 + H2
Dans un réacteur fermé de volume V = 22,4 L, on introduit, à t = 0, n0 = 1
mole de HI. La réaction est d'ordre 2 par rapport à HI est d'ordre 1 par
rapport à I2 et H2. Soit ( le taux de dissociation de HI ( ( = [pic] ).
1.Etablir la relation entre la constante d'équilibre K et (( en déduire la
valeur de K à l'aide des données expérimentales suivantes [ ( t = 60 mn,
( = 0,028 ) ; ( t = 240 mn , ( = 0,098 ) et ( t = (, (( = 0,200 )
2.Montrer que : k1.dt = [pic]. [pic] . Puis exprimer t en fonction de
k1, V, n0 et (.
4.En déduire les valeurs de k1 et k -1.
Exercice 09: Réactions concurrentes d'ordre 2 en phase liquide
On effectue la mononitration d'un mélange de benzène ( B ) et de chlorure
de benzyle ( C ) selon les réactions concurrentes de bilans :
B + HNO3 H2O +
BNO2.
C + HNO3
H2O + CNO2
Les deux réactions sont supposées totales, ne conduisant chacune qu'à un
seul dérivé et les ordres partiels par rapport aux réactifs sont tous égaux
à 1.
A t = 0 : [ HNO3 ( A ]0 = a, [ B ]0 = b,
[ C ]0 = c et [ BNO2 ]0 = [ CNO2 ]0 = 0.
1.Ecrire les expressions des vitesses de disparition du benzène ( B ) et du
chlorure de benzyle ( C ) en fonction des deux constantes de vitesse k1 et
k2 et des concentrations : [ A ], [ B ] et [ C ].
2.En déduire l'expression du rapport : [pic] en fonction des
concentrations [ BNO2 ], [ CNO2 ], b et c
|[ A ]0 ( |[BNO2]( ( |[CNO2]( ( |
|mol.l-1) |mol.l-1) |mol.l-1) |
|0,228 |0,172 |0,056 |
|0,343 |0,257 |0,086 |
|0,508 |0,376 |0,132 |
3.On réalise différentes expériences pour lesquelles on utilise les deux
composés concurrents en excès :
[ B ] = [ C ] = 1 mol.l-1 >> [ A ].
Pour différentes valeurs de la concentration initiale en acide nitrique [ A
]0 = a on mesure les concentrations [ BNO2 ]( et [ CNO2 ]( au bout d'un
temps 'infini' on obtient les résultats ci-dessus.
Déduire de ces résultats une valeur du rapport [pic] moyennant les trois
expériences précédentes.
4.Justifier la valeur trouvée du rapport [pic] en construisant les formules
développées des deux composés : B et C.
5.Lorsqu'on remplace le chlorure de benzène ( C ) par le toluène on mesure
un rapport [pic] = 25. Expliquer.
Exercice 10: Modèle de réaction autocatalytique
La loi de vitesse d'une réaction, en phase gazeuse ayant lieu dans un
récipient isochore en contact avec un thermostat, d'équation bilan :
A + B C.
Est de la forme : V = [pic] = k. [ A ]. [ B ]. [ C ].
On introduit, initialement, dans le récipient a mol.l-1 de A, autant de B
et [ C ]0 = (