Suivi temporel d'une transformation chimique - Physique
Suivi temporel d'une transformation chimique. Etude cinétique d'une
transformation : suivi par un capteur de pression. Equation associée à la réaction
entre le ...
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tre :
50,0 mL dacide chlorhydrique de concentration molaire c = 5,0 EMBED Equation.3 10-1 mol.L-1
0,020 g Magnésium (ruban) bien décapé. (le morceau de magnésium est maintenu par le bouchon de telle manière quil puisse tomber au fond du ballon après une petite secousse. M (Mg) = 24,3 g.mol-1
On relève la valeur de la pression toutes les 30 secondes pendant 10 min.
Résultas expérimentaux :
t(s)0306090120150180210240270300P (hPa)10131025103310441051106810791084108810911093
Description de lévolution du système au cours de la transformation
Question-réponse
Compléter le tableau descriptif de lévolution du système au cours de la transformation :
Equation de la réactionMg(s) + 2 H3O+ = Mg2+(aq) + H2 (g) + 2 H2O (l)Quantité de matière dans létat initial (mmol)beaucoupQuantité de matière au cours de la transformation (mmol)beaucoupQuantité de matière dans létat final (mmol)beaucoup
Réponse :
Equation de la réactionMg(s) + 2 H3O+ = Mg2+(aq) + H2 (g) + 2 H2O (l)Quantité de matière dans létat initial (mmol)0,802500beaucoupQuantité de matière au cours de la transformation (mmol)0,80 - x25 - xxxbeaucoupQuantité de matière dans létat final (mmol)023,40,800,80beaucoup
Voir chapitre 6.1 plus loin, pour le détail des calculs.
Etablissement de la relation entre x(t) et Dðp.
Le pressiomètre mesure la pression dans le ballon au cours de la transformation :
pballon = patm + Dðp
dans les conditions initiales : patm = EMBED Equation.3
n : quantité de matière des espèces (O2 et N2) présentes dans l air.
R : constante des gaz parfaits R = 8,31 S.I.
T : température (K)
V : volume (m3)
au cours de la transformation :
pballon = EMBED Equation.3 alors Dðp = EMBED Equation.3
Relation entre la différence maximale de pression et l avancement maximal : Dðpmax = EMBED Equation.3
On obtient la relation : EMBED Equation.3
Alors EMBED Equation.3
Définitions et détermination des grandeurs caractéristiques de la réaction.
6.1. Avancement maximal (rappel de cours).
Dans une réaction chimique, le réactif dont la disparition provoque larrêt de la transformation est le réactif limitant.
Dans létat davancement maximal, le réactif limitant a totalement réagi.
Lavancement maximal est égal à la quantité totale du réactif limitant.
Détermination de xmax.
ni Mg = EMBED Equation.3 8,0 EMBED Equation.3 10-4 mol
ni acide = CV = 0,50 EMBED Equation.3 0,050 = 2,5 EMBED Equation.3 10-2 mol Le réactif limitant est le magnésium.
xmax = ni Mg = 8,0 EMBED Equation.3 10-4 mol
Question-réponse.
Déterminer x(t) pour les différentes dates et tracer le graphe x= f(t)
Compléter le tableau suivant :
t(s)0306090120150180210240270300P (hPa)10131025103310441051106810791084108810911093
DðP
0 EMBED Equation.3
x(t)
Réponse :
t(s)0306090120150180210240270300P (hPa)10131025103310441051106810791084108810911093
DðP
0
12
20
31
38
55
66
71
75
78
80 EMBED Equation.3
0
0,15
0,25
0,39
0,48
0,69
0,83
0,89
0,94
0,98
1
x(t)
( EMBED Equation.3
0
120
200
310
380
550
660
710
750
780
800
Tracer le graphe x= f(t)
Réponse :
6.2. Temps de demi-réaction t1/2
a- Définition :
Le temps de demi-réaction, noté t1/2, est la durée au bout de laquelle lavancement x de la réaction est égale à la moitié sa valeur maximale.
x(t1/2) = EMBED Equation.3
b- Détermination graphique du temps de demi-réaction.
On calcule xt1/2 = EMBED Equation.3 mðmol
On détermine sur la graphe la date correspondant à cette valeur.
Le temps de demi-réaction de cette transformation est t(1/2) = 125 s.
6.3. Vitesse volumique de réaction.
a- Définition.
EMBED Equation.3
v(t) : vitesse volumique de réaction (mol.L-1.s-1) Dautres unités peuvent être utilisées dans les exercices
V : volume de la solution (L)
EMBED Equation.3 : dérivée de lavancement de la réaction par rapport au temps. (mol.s-1)
Coefficient directeur de la tangente à la courbe à la date t
b- Détermination graphique dune vitesse volumique de réaction (limite externe du programme de TS)
La vitesse volumique de réaction à la date t est égale au quotient du coefficient directeur de la tangente à la courbe à la date t par le volume de la solution.
Dans notre cas à t = 180 s v(180) = EMBED Equation.3 = 5,2 EMBED Equation.3 10-5 mol.L-1.s-1
Rappel : V = 50 mL = 0,050 L
c- Variation de la vitesse de réaction.
Question-réponse
Comment varie la vitesse au cours du temps lors de cette transformation chimique ?
Au fur et à mesure que la transformation se déroule, le coefficient directeur des différentes tangentes aux différentes dates, diminue. Alors la vitesse diminue au cours du temps.
Pourquoi diminue-t-elle ?
La concentration des réactifs diminue au cours du temps.
La concentration des réactifs étant un facteur cinétique, la vitesse diminue quand la concentration des réactifs diminue.
Dans quels cas, la vitesse de réaction peut-elle augmenter au cours du temps ?
Si la réaction est très exothermique (cest à dire quelle dégage de la chaleur)
La température étant un facteur cinétique, la vitesse augmente si la température augmente.
Si lun des produits est un catalyseur de sa propre réaction de formation.
