Exercice n°3 étude cinétique d'une réaction 4 pts

Afrique 2007 Exercice n°3 ÉTUDE CINÉTIQUE D'UNE RÉACTION (4
points)
Correction © http://labolycee.org & Lycée Lyautey (Casablanca) 1. La transformation étudiée
1.1. La fiole jaugée de volume 25,0 mL contenait V1 = 1,0 mL de 2-chloro-2-
méthylpropane.
Ce qui correspond à une quantité de matière n1 = [pic].
Ensuite on a prélevé un volume V0 = 5,0 mL de solution S, soit un volume
cinq fois plus faible que celui de la fiole. Donc n0 = [pic] = [pic].
n0 = [pic] = 1,8.10-3 mol |1.2. | |(CH3)3C-Cl(l) + 2 H2O(l) = (CH3)3C-OH(l) + H3O+ +|
|Équation | |Cl-(aq) |
|chimique | | |
|État du |Avancement|Quantités de matière (mol) |
|système |(mol) | |
|État initial |0 |n0 |excès |0 |négligeab|0 |
| | | | | |le | |
|État |x |n0 - x |excès |x |x |x |
|intermédiaire| | | | | | |
|État final |xmax |n0 - xmax =|excès |xmax = n0 |xmax = n0|xmax = n0 |
| | |0 | | | | | D'après le tableau, à chaque instant [H3O+] = [Cl-(aq)]. 1.3. Conductivité du mélange : ( = [pic].[H3O+] + [pic].[Cl-(aq)]
( = [pic].[H3O+] 1.4. Comme [H3O+] = [pic], on obtient ( = [pic].[pic] 1.5. [pic] Attention V exprimé en m3, V = 200,0 + 5,0 mL = 205,0 (10-6 m3
[pic] = 1,80(10-3 mol
[pic] = n0 = xmax donc la transformation est bien totale. 1.6. [pic]= [pic].[pic] = [pic].[pic]
[pic]= [pic] donc x = [pic]
1.7. Pour ( = 0,200 S.m-1, x = [pic] = 9,6(10-4 mol
2. Exploitation des résultats
2.1. Le coefficient directeur de la tangente, à l'instant t, à la courbe
x(t) est égal à [pic].
On trace la tangente et on calcule son coefficient directeur.
La vitesse volumique de la réaction s'en déduit en le divisant par le
volume V de la solution.
2.2. Au cours du temps, la tangente à la courbe devient de plus en plus
horizontale donc [pic] diminue.
La vitesse de réaction diminue puis tend vers zéro.
2.3. La concentration du réactif, 2-chloro-2méthylpropane, diminue au cours
du temps. Il s'agit du facteur cinétique responsable de la diminution de la
vitesse volumique de réaction.
2.4. Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle
l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale. Ici xf = xmax = n0 (la
transformation est totale)
Pour t = t1/2, on a x(t1/2) = [pic]= 0,9 mmol.
2.5. Même expérience à une température plus élevée.
2.5.1. Voir courbe bleue ci-dessus.
2.5.2. La température est un facteur cinétique. Si elle augmente,
alors la vitesse volumique de réaction augmente. L'avancement final est
atteint plus rapidement, donc t1/2 est plus faible.
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25 min ( 16,1 cm
t1/2 min ( 0,8 cm soit t1/2 = (25(0,8)/16,1 = 1,2 min 16,1 cm 0,8 cm t1/2 x(t1/2)