TD C2 Chimie 2013/14
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Travaux dirigés de Chimie n° C2
Détermination de lois de vitesses
Exercice 1 : Détermination d’un ordre
Deux substances incolores A et B réagissent pour donner une substance colorée C. Soit T la durée nécessaire à l’obtention d’une teinte de même intensité à partir de différentes concentrations de A et de B :
[A]0 (mol/L) [B]0 (mol/L) T (s)
0,05 0,05 44
0,05 0,10 22
0,10 0,05 44
Parmis les lois de vitesse suivantes, quelle est celle qui régit le système étudié ?
v=k A
[ ] [ ]
B 2 v=k B[ ]
2 v=k A[ ]
v=k B[ ]
Exercice 2 : Méthode des vitesses initiales.
Dans la haute atmosphère, la diminution de la couche d’ozone est provoquée par la réaction : NO(g) + O3(g) à NO2(g) + O2(g)
La cinétique de cette transformation a été étudiée en laboratoire par la méthode des vitesses initiales à 25°C. On obtient les résultats suivants :
Expérience n° 106[NO]0 (mol/L) 106[O3]0 (mol/L) 104v0 (mol/L/s)
1 1 3 0,66
2 1 6 1,32
3 1 9 1,98
4 2 9 3,96
5 3 9 5,94
1. Déterminer une expression possible de la loi de vitesse.
2. En déduire la valeur de la constante de vitesse à 25°C.
Exercice 3 : Décomposition de N
2O
5Une solution de N2O5 est plongée à l’instant t=0 dans un thermostat à 25°C. On observe la réaction suivante :
N2O5(sol) à N2O4(sol) + ½ O2(g) On obtient les mesures suivantes :
[N2O5] (10-4mol/L) 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00
V (10-8 mol/L/s) 0,680 1,36 2,04 2,72 3,40
On suppose que la réaction admet un ordre et que la vitesse s’écrit sous la forme : v=k N
[
2O5]
α.1. Comment peut-on déterminer la vitesse de réaction à la date t, si l’on dispose de la courbe [N2O5]=f(t) ?
2. Déterminer, par régression linéaire, l’ordre de la réaction ainsi que la valeur de la constante de vitesse.
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Exercice 4 : Décomposition de NO
2On considère la réaction de décomposition du dioxyde d’azote NO2 d’équation : NO2 (g) à NO(g) + ½ O2(g)
Plusieurs expériences, menées à 30°C, permettent de déterminer les temps de demi-réaction :
[NO2] (10-3mol/L) 2,0 5,0 8,0 12 15
t1/2 (s) 480 190 120 81 64
1. A l’aide des temps de demi-réactions, proposez une hypothèse quant à l’ordre de la réaction.
2. En déduire la valeur de la constante de réaction.
Vérification d’une loi de vitesse
Exercice 5 : Décomposition de l’anion peroxodisulfate
Les anions peroxodisulfate S2O82- sont instables en solution aqueuse car ils oxydent lentement l’eau en dioxygène.
1. Ecrire l’équation de la réaction traduisant cette instabilité sachant que des ions sulfate SO42- sont formés.
Pour étudier la cinétique de la réaction de décomposition des ions peroxodisulfate, on suit l’évolution d’une solution de peroxodisulfate de sodium (2Na++ S2O82-
) de concentration initiale C0=10,0mmol/L. Le tableau ci-dessous donne la concentration C en ions S2O82- en fonction du temps à 80°C.
t(min) 0 50 100 150 200 250
C(t) mmol/L 10,0 7,80 6,05 4,72 3,68 2,86
2. Montrer que ces résultats sont compatibles avec une cinétique d’ordre 1. Déterminer la valeur de la constante de vitesse à cette température.
Exercice 6 : Dimérisation du butadiène
Sous une température élevée et en phase gazeuse, le buta-1,3-diène se dimérise en 4-vinylcyclohexène suivant la réaction totale d’équation :
2 C4H6 (g) = C8O12 (g)
Afin d’étudier cette réaction, une certaine quantité de buta-1,3-diène est introduite dans un récipient de volume V constant, maintenu à température constante T=326K. On mesure alors la pression partielle en butadiène PB dans le récipient en fonction du temps.
t (min) 0 3,25 8,02 12,18 17,3 24,55
PB(bar) 0,843 0,807 0,756 0,715 0,670 0,615
t (min) 33,0 43,0 55,08 68,05 90,1 119
PB(bar) 0,565 0,520 0,465 0,423 0,366 0,311
1. Montrer, en utilisant la loi des gaz parfaits, que la connaissance de la pression initiale PB et de la température T suffit pour calculer la concentration initiale CB en buta-1,3-diène.
2. Montrer que les résultats sont compatibles avec une cinétique d’ordre 2.
3. Déterminer la valeur de la constante de vitesse à cette température.
4. Déterminer le temps de demi-réaction du système précédent.
5. On admet souvent qu’une réaction est pratiquement terminée lorsque au moins 99% du réactif limitant a été consommé. Déterminer la durée d’évolution du système précédent ; exprimer cette durée en fonction du temps de demi-réaction.
