CHAP 6 Cinétique chimique complété

CHAP 6 C4 Modélisation macroscopique de l'évolution d'un systeme

livre p 77 à 80

Vitesse volumique

Facteurs cinétiques

Loi de vitesse d'ordre 1

Transformation rapide / lente

Temps de demi-réaction

Catalyse

Prérequis chap 6

Tableau d'avancement

Oxydo-réduction

QCM pré-requis :

Prérequis chap 6

Prérequis chap 6

CHAP 6 Cinétique chimique

I. Transformations rapides ou lentes

II. Facteurs cinétiques

III. Catalyse et catalyseurs

IV. Suivi temporel d'une transformation

Transformations rapides ou lentes

I/

livre p 122

I/Transformations rapides ou lentes

1/ Transformations rapides

I/Transformations rapides ou lentes

1/ Transformations rapides

Définition :

I/Transformations rapides ou lentes

1/ Transformations rapides

Définition :

Une transformation est dite rapide ou instantanée lorsqu'elle se fait sur une durée trop courte pour que nous puissions suivre son évolution à l'oeil ou avec nos instruments de mesure.

I/Transformations rapides ou lentes

1/ Transformations rapides

Définition :

Une transformation est dite rapide ou instantanée lorsqu'elle se fait sur une durée trop courte pour que nous puissions suivre son évolution à l'oeil ou avec nos instruments de mesure.

Exemples : les réactions explosives, de précipitation, la plupart des transformations acido-basiques.

I/Transformations rapides ou lentes

1/ Transformations rapides

Définition :

Une transformation est dite rapide ou instantanée lorsqu'elle se fait sur une durée trop courte pour que nous puissions suivre son évolution à l'oeil ou avec nos instruments de mesure.

Exemples : les réactions explosives, de précipitation, la plus part des transformations acido-basiques.

I/Transformations rapides ou lentes

2/ Transformations lentes

I/Transformations rapides ou lentes

2/ Transformations lentes

Définition :

I/Transformations rapides ou lentes

2/ Transformations lentes

Définition :

Une transformation est dite lente lorsqu'elle se fait sur une durée assez longue pour que nous puissions suivre son évolution à l'oeil ou avec nos instruments de mesure.

I/Transformations rapides ou lentes

2/ Transformations lentes

Définition :

Une transformation est dite lente lorsqu'elle se fait sur une durée assez longue pour que nous puissions suivre son évolution à l'oeil ou avec nos instruments de mesure.

Exemples : La majorité des transformations d'oxydoréduction : formation de rouille, fermentation alcoolique...

I/Transformations rapides ou lentes

2/ Transformations lentes

Définition :

Une transformation est dite lente lorsqu'elle se fait sur une durée assez longue pour que nous puissions suivre son évolution à l'oeil ou avec nos instruments de mesure.

Exemples : La majorité des transformations d'oxydoréduction : formation de rouille, fermentation alcoolique...

voir doc 2 p 122

II/

Facteurs cinétiques

II/Facteurs cinétiques

1/ Définition

II/Facteurs cinétiques

1/ Définition

Un facteur cinétique est une grandeur qui influe sur la vitesse d'une transformation chimique.

Le facteur cinétique va modifier la vitesse d’évolution d’un système chimique de son état initial à final.

II/Facteurs cinétiques

2/ La température

II/Facteurs cinétiques

2/ La température

II/Facteurs cinétiques

2/ La température

L'évolution d'un système chimique (d'une transformation) est d'autant plus rapide que la température est élevée : c'est un facteur cinétique.

II/Facteurs cinétiques

3/ La concentration initiale des réactifs

II/Facteurs cinétiques

3/ La concentration initiale des réactifs

II/ Facteurs cinétiques

3/ La concentration initiale des réactifs

Plus la concentration initiale des réactifs est grande, plus la transformation chimique est rapide : c'est un facteur cinétique.

II/Facteurs cinétiques

Rem : il existe d'autres facteurs cinétiques (nature du solvant, pression, éclairement,...) livre p 77

III/

Catalyse et catalyseurs

III/ Catalyse et catalyseurs

1/ Définition

III/ Catalyse et catalyseurs

1/ Définition

Un catalyseur est une espèce chimique qui diminue la durée de réaction mais n'apparait pas dans le bilan de la réaction (elle peut être consommée mais elle est alors régénérée)

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

a) Catalyse homogène

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

a) Catalyse homogène

voir livre p 77

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

a) Catalyse homogène

voir livre p 77

Les réactifs et le catalyseur sont dans la même phase

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

a) Catalyse homogène

voir livre p 77

Les réactifs et le catalyseur sont dans la même phase

b) Catalyse hétérogène

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

a) Catalyse homogène

voir livre p 77

Les réactifs et le catalyseur sont dans la même phase

b) Catalyse hétérogène

voir livre p 77

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

a) Catalyse homogène

voir livre p 77

Les réactifs et le catalyseur sont dans la même phase

b) Catalyse hétérogène

voir livre p 77

Les réactifs et le catalyseur sont dans 2 phases différentes

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

c) Catalyse enzymatique

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

c) Catalyse enzymatique

Ce sont des catalyseurs biologiques, biochimiques (protéines)

III/ Catalyse et catalyseurs

2/ Différents types de catalyse

c) Catalyse enzymatique

Ce sont des catalyseurs biologiques, biochimiques (protéines)

IV

Suivi temporel d'une transformation chimique

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

# Pressiométrie (si formation ou consommation d'un gaz )

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

# Pressiométrie (si formation ou consommation d'un gaz )

# Spectrophotométrie (si espèce colorée) TP 11

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

# Pressiométrie (si formation ou consommation d'un gaz)

# Spectrophotométrie (si espèce colorée)

# Conductimétrie (si ions en solution)

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

# Pressiométrie (si formation ou consommation d'un gaz)

# Spectrophotométrie (si espèce colorée)

# Conductimétrie (si ions en solution)

# Titrage (réaction chimique quantitative consommant un réactif ou produit)

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

# Pressiométrie (si formation ou consommation d'un gaz)

# Spectrophotométrie (si espèce colorée)

# Conductimétrie (si ions en solution)

# Titrage (réaction chimique quantitative consommant un réactif ou produit)

Rem : Si la technique de mesure est lente (titrage ...), on peut bloquer la réaction en refroidissant fortement (trempe) ou diluant la solution

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

On obtient directement ou indirectement (voir TP 11) la courbe de l'évolution de la concentration de l'une des espèces chimiques intervenant dans la réaction.

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

1/ Suivi de l'évolution d'une transformation chimique

On obtient directement ou indirectement (voir TP11) la courbe de l'évolution de la concentration de l'une des espèces chimiques intervenant dans la réaction.

voir doc ex 19 p 89

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

2/Temps de 1/2 réaction :

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

2/Temps de 1/2 réaction :

Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l'avancement a atteint l'avancement final divisé par 2.

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

2/Temps de 1/2 réaction :

Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l'avancement a atteint l'avancement final divisé par 2.

Si on considère Vsolution constant xf/2vsol = [X]f/2

C'est aussi la durée au bout de laquelle la concentration finale du produit formé est divisée par 2 : Graphiquement : On détermine graphiquement la valeur [X]f . Tracer une droite horizontale à cette valeur et t1/2 est la date du point d’intersection entre la courbe et cette droite.

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

3/ Vitesse volumique d'apparition d'un produit

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

3/ Vitesse volumique d'apparition d'un produit

La vitesse volumique d'apparition d'un produit X à la date t vaut :

D’après la courbe la vitesse volumique moyenne d’apparition du produit X entre la date t2 et t1 serait Si on veut la vitesse volumique instantanée à une date t, il faut réduire la durée au max donc la faire tendre vers 0, on obtient la dérivée de la concentration par rapport au temps.

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

3/ Vitesse volumique d'apparition d'un produit

La vitesse volumique d'apparition d'un produit X à la date t vaut :

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

3/ Vitesse volumique d'apparition d'un produit

La vitesse volumique d'apparition d'un produit X à la date t vaut :

Graphiquement : la dérivée est le coefficient directeur de la tangente à la courbe à l'instant t

Faire l'ex 5 p 17

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

4/ Vitesse volumique de disparition d'un réactif

La vitesse volumique de disparition d'un réactif X à la date t vaut :

Graphiquement : idem la dérivée est le coefficient directeur de la tangente à la courbe à l'instant t donc négatif

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

a) Réaction d'ordre 1 : définition

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

a) Réaction d'ordre 1 : définition

Etudions une réaction en solution aqueuse ayant pour équation :

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

a) Réaction d'ordre 1 : définition

Etudions une réaction en solution aqueuse ayant pour équation :

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

a) Réaction d'ordre 1 : définition

Etudions une réaction en solution aqueuse ayant pour équation :

Une réaction chimique suit une loi de vitesse d’ordre 1 par rapport au réactif A si sa vitesse volumique de disparition est proportionnelle à la concentration en réactif A :

VD(A) (t) = k [A] (t) Par définition on sait que : VD(A) (t) = Nous pouvons donc écrire que = k [A](t)

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

b) Loi d'évolution pour une réaction d'ordre 1

Etudions une réaction en solution aqueuse ayant pour équation : VD(A) (t) = k [A](t) VD(A) (t) =

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

b) Loi d'évolution pour une réaction d'ordre 1

Nous pouvons donc écrire que : k [A](t) = Ou C’est ce qu’on appelle une équation différentielle homogène d’ordre 1 à coefficient constants.

Point maths : valeur d'une dérivée p83

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

b) Loi d'évolution pour une réaction d'ordre 1

Ce type d’équation a pour solution : [A](t) = C e- k t avec C une constante :

Pour trouver C : se mettre dans les conditions initiales à t = 0s. A t = 0s : [A](t=0) = [A]( 0) = C e-k x 0 = C x 1 d’où [A]0 = C.

On en déduit la loi d’évolution : [A](t) = [A]0 e-kt Loi d’évolution de la concentration du réactif dans une réaction d’ordre 1 : [A](t) = [A]0 e-kt

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

c) Comment savoir si la réaction étudiée est d'ordre 1 ?

Loi d’évolution de la concentration du réactif dans une réaction d’ordre 1 : [A](t) = [A]0 e-kt ln ([A](t)) = ln ([A]0 e-kt) ln ([A](t)) = ln ([A]0)+ln(e-kt) ln ([A](t)) = ln ([A]0) - kt y = cte - kt ln est la fonction réciproque de exponentielle qui exprime ([A](t)) en fonction du temps

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

c) Comment savoir si la réaction étudiée est d'ordre 1 ?

Loi d’évolution de la concentration du réactif dans une réaction d’ordre 1 : [A](t) = [A]0 e-kt

On va donc tracer la courbe représentative de y = cte - kt ; Si c’est une droite la réaction est d’ordre 1 avec k : -coef directeur de cette droite.

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

c) Comment savoir si la réaction étudiée est d'ordre 1 ?

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

c) Comment savoir si la réaction étudiée est d'ordre 1 ?

IV/ Suivi temporel d'une transformation chimique

5/ Loi de vitesse d'ordre 1

c) Comment savoir si la réaction étudiée est d'ordre 1 ?

Autre méthode : vérifier que le temps de demi-réaction est indépendant de la concentration initiale

Voir exercice résolu 1 p 82-83 et ex 11 p86