I. Cinétique chimique
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I. Signification de la vitesse de réaction chimique
La vitesse d’une réaction chimique signifie la diminution de la quantité des réactifs ou l’augmentation de la quantité des produits en fonction du temps dont on peut écrire la formule de relation ci-dessous :
utilisé temps
réactifs des
quantité de
inution r
réaction de
Vitesse dim
) (
ou tempsutilisé
produits des
quantité de
on augmentati r
réaction de
Vitesse ( )
Dans le cas où la réaction possède plusieurs réactifs ou plusieurs produits, on pourrait mesurer n’importe quel réactif ou quel produit. Les unités de la vitesse de réaction dépendent des substances mesurées, par exemple, l’unité des solides est en gramme (g), des gaz en centimètre cube (cm3) et des solutions en mole par litre (mol/L) ; pour le temps, si c’est une réaction rapide, l’unité est mesuré en secondes ou en minutes, si la réaction se produit lentement, l’unité peut être mesuré en heures ou en jours. C’est pourquoi, l’unité de la vitesse de réaction soit en gramme par seconde (g/s), centimètre cube par seconde (cm3/s), mole par seconde (mol/s), mais les unités les plus souvent utilisées sont les moles par litre par seconde (mol/L.s)
II. La mesure des vitesses de réaction
La vitesse d’une réaction chimique est mesurée sous forme de diminution de la variation de la concentration des réactifs ou d’augmentation de la variation de la concentration des produits en fonction du temps, telle que la réaction entre les substances A et B en donnant des produits C et D.
A + B C + D (1)
Si la concentration de la substance A au temps t1 est égale à [A]t1 et quand le temps passe à t2 la concentration de la substance A diminue en [A]t2, donc la variation de la concentration de la substance A est [A] obtenu par :
[A] = [A]t2 – [A]t1
A de ion concentrat la
de iation la
dans utilisé temps
A de ion concentrat la
de iation r
réaction de
Vitesse
var ) var
( =
t A
I. Cinétique chimique
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Puisque la concentration du réactif diminue, donc
t A
est négatif ou
t A
Considérons l’équation (1), on admet que la vitesse de réaction est la vitesse de diminution des réactifs (dans ce cas les réactifs sont A et B) ou la vitesse d’augmentation de concentration des produits (dans ce cas les produits sont C et D). De l’équation (1) :
Vitesse de diminution de A =
t A
Vitesse de diminution de B =
t B
(Admettant que la vitesse de diminution a le signe moins () et le signe [ ] représente la concentration de la substance)
Vitesse d’augmentation de C =
t C
Vitesse d’augmentation de D =
t D
(Admettant que la vitesse d’augmentation a le signe plus ()
De l’équation (1), la vitesse de diminution (ou de disparation) des substances A et B est égale à la vitesse de formation de substances C et D, on a donc :
t D t
C t
B t
r A réaction de
Vitesse
[ ] [ ] [ ] [ ] )
(
Pour la réaction où les réactifs et les produits n’ont pas le même nombre de moles, l’écriture de la vitesse de réaction doit respecter le nombre de moles des réactifs et des produits. Ainsi, la vitesse de réaction est la vitesse de la variation de la concentration d’une substance donnée divisée par son cœfficient stœchiométrique dans l’équation équilibrée. Donc, pour la réaction :
A + 2 B 3 C (2)
Dans l’équation (2) la vitesse de diminution de A est ½ fois de la vitesse de diminution de B et 1/3 fois de la vitesse de formation de C.
De façon théorique, pour la réaction : a A + b B c C + d D
t D d t
C c t
B b t
A r a
réaction de
générale Vitesse
1 [ ] 1 [ ] 1 [ ] 1 [ ] )
(
Détermination la vitesse moyenne et la vitesse instantanée
On peut déterminer les vitesses de réaction de diverses façons telles que les vitesses moyennes ou les vitesses instantanées.
I. Cinétique chimique
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Activité : expérience sur la réaction entre le magnésium (Mg) avec l’acide chlorhydrique (HCℓ)
1. Dans une éprouvette graduée de 10 mL, introduire la solution d’acide chlorhydrique (HCℓ) de concentration de 0,2 mol/L jusqu’au trait 10 mL.
2. Choisir le bouchon correspond au museau de l’éprouvette et l’incision longitudinale sous forme de petites rainures pour permettre l’écoulement de la solution d’acide quand il y a la formation du gaz de dihydrogène lorsque la réaction chimique s’effectue.
3. Frotter un ruban de magnésium d’environ 10 cm avec de la laine d’acier, plier en forme de ressort et insérer dans le trou du bouchon, ensuite boucher l’éprouvette avec ce bouchon.
4. Renverser l’éprouvette dans le bécher de 100 mL contenant environ la moitié d’eau. Commencer à chronométrer à partir du moment où la solution d’acide atteint le premier trait du partie haut de l’éprouvette renversé, relever le temps chaque fois que la solution baisse de 1 mL avant que le fil de magnésium émergera de la solution d’acide et noter les résultats de l’expérience.
L’étude des vitesses de réaction de l’équation suivante :
Mg(s) + 2 HCℓ(aq) MgCℓ2(aq) + H2(g)
La mesure du volume de dihydrogène à divers intervalles de temps donne des informations figurant dans le tableau ci-dessous :
Volume de H2 (mL) Temps (s)
1 4
2 10
3 18
4 28
5 40
6 58
7 80
8 124 Fig 1.1. Instrument d’étude la
réaction entre le magnésium et l’acide chlorhydrique
Tracer le graphique du volume de H2 (en mL) en fonction du temps (en secondes) :
I. Cinétique chimique
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Fig 1.2. Graphique de la relation entre le volume de H2 en fonction du temps
Détermination de la vitesse moyenne de la réaction Vitesse moyenne de la réaction =
s mL 124
8 = 0,0645 mL/s
Détermination de la vitesse moyenne pour un intervalle de temps choisi - Vitesse moyenne entre les instants t4t10s :
r (t4 – t10) =
4 10
1
2 2
t
H =
6
1 mL/s - Vitesse moyenne entre les instants t28t40s :
r (t28 – t40) =
28 40
4
2 5
t
H =
12
1 mL/s
De la figure 1.2, la vitesse instantanée à un instant t = 50 s est déterminée ainsi : on trace d’abord le graphique de la relation entre le volume de H2 avec le temps en plaçant le volume de H2 sur l’axe des ordonnées et le temps sur l’axe des abscisses.
Ensuite, il faut tracer la droite (t = 50) tangente à la courbe pour t = 50 secondes. La vitesse instantanée de la réaction correspond à la pente de la tangente en un point précis de la courbe.
D’après le graphique, à l’instant t = 50 s, la valeur expérimentale de la vitesse de la réaction de la valeur de la pente de la tangente t vaut :
Vitesse instantanée à un instant t50 =
b a =
35 4 , 2 15 50
4 , 3 8 ,
5
= 0,069 mL/s
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1. Quelle est la signification des vitesses de réaction ? Quelle est son unité ?
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