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الرغيوي مصطفى
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Exercices corrigés -Suivi et Vitesse d'une réaction

Exercices corrigés en chimie : Suivi temporel de l'évolution d'un système chimique - vitesse volumique d'une réaction chimique

Exercice 1: Réaction de l'acide chlorhydrique avec le Zinc

On réalise une expérience en introduisant, à l'instant t0 , une masse de zinc en poudre de valeur m(Zn)=1,0g dans un ballon contenant le volume V=40ml d'une solution aqueuse (S) d'acide chlorhydrique H3O+ (aq) +Cl- (aq) de concentration molaire CA=0,5mol.L-1 . les ions H3O+ (aq) réagissent avec le Zinc Zn(s) suivant la réaction chimique d'équation :

 2H3O+ (aq) + Zn(s) → H2(g) + Zn2+(aq) + 2H2O (l) 

la mesure du volume de dihydrogène formé permet le suivi de l'évolution temporelle de l'avancement x de la réaction et de tracer le graphe x=f(t).

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Donnée : M(Zn)=65,4g.mol-1.

  1. Calculer les quantités de matière n0(Zn) et n0( H3O+), présentes initialement dans le mélange réactionnel.
  2. Tracer, sur votre copie le tableau d'avancement de la réaction chimique.
  3. Identifier le réactif limitant. Justifier.
  4. Déterminer graphiquement : (a) la valeur du temps de demi-réaction t1/2 . (b) la valeur de la vitesse volumique de réaction, en unité (mol.L-1.s-1), à l'instant t=400s , sachant que le volume du mélange réactionnel est V=40mL .
  5.  Interpréter qualitativement la variation de la vitesse volumique de cette réaction.
  6. Pour accélérer la réaction précédente, on recommence l'expérience en utilisant la même masse de zinc m(Zn)=1,0g et le volume V=40ml d'une solution aqueuse (S') d'acide chlorhydrique de concentration molaire CA'=1mol.L-1 . (a) Citer le facteur cinétique qui est à l'origine de l'accélération de la réaction . (b) Le temps de demi-réaction t1/2 va-t-il augmenter ou diminuer ? justifier.

Correction d'exercice 1 : Suivi d'une réaction par mesure d'avancement x

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Exercice 2 : suivi de l’élément de diiode – vitesse de la réaction.

On mélange deux solutions aqueuses, l’une d’iodure de potassium(K+(aq)+ I- (aq)) et l’autre de peroxodisulfate de sodium (2Na+(aq) + S2O82- (aq)). la quantité de matière initiale utilisée de l’ion iodure I- est n0= 8.10-2 mol, celle d’ion peroxodisulfate S2O82- est n1=2.10-2mol.

La réaction qui a lieu est une réaction d’oxydoréduction totale mais relativement lente. les ions potassium K+(aq) et sodium Na+(aq)  n’apparaissent pas dans l’équation de la réaction. à l’aide d’un dispositif adéquat, on réalise le suivi temporel de variation de la quantité de matière de diiode I2(aq), la figure ci-dessous.

Données :   les couples ox/red intervenants :  I2 /I-     et  S2O82-/ SO42- .

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  1. En s’aidant des données, écrire l’équation d’oxydoréduction.
  2. Calculer l’avancement maximal xmax de la réaction, Lequel des réactifs est limitant ?
  3. Donner l’expression générale de la vitesse volumique de la réaction v.
  4. Sachant que le volume totale du mélange est V=200ml. Calculer la vitesse initiale de la réaction .pour t1=18min la vitesse prend la valeur v=1,44.10-3mol.L-1.min-1.justifier la décroissance de la vitesse volumique en fonction du temps.
  5. Déterminer le temps de demi-réaction t1/2.

Exercice 3 : suivi d’une réaction chimique par mesure conductimétrique.

On réalise le suivi temporel d’une réaction d’hydrolyse d’un ester, grâce à une cellule conductimétrique de constate k=1cm.

L’ester (E) utilisé est le méthanoate de méthyle de formule brute HCO2CH3 (aq) de quantité de matière nE. L’hydrolyse basique de l’ester consiste à faire réagir l’ester (E) avec la base d’hydroxyde de sodium (Na++ OH-) selon la réaction modélisée par l’équation :2022-06i16544727941174313890.png

le volume apporté par l’ester est négligeable devant le volume V=2.10-4 m3 d’hydroxyde de sodium. vue la basicité de la solution on néglige la concentration es ions hydronium H3O+.

Données : 

  • la conductance: 2022-06i1654473044298767898.png
  • Conductivité molaire ionique en  S.m2.mol-1 :   λ1 = λ(Na+) = 5,01.10-3 ;  λ2= λ(OH-) = 19,9.10-3  ;  λ3=λ(HCO2-) = 5,46.10-3 ;  

la figure ci-dessous représente l’évolution temporelle de la conductance G à 25°C.

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  1. A partir de l’expression de la conductance G, justifier, sans calcul la décroissance de la courbe G(t).
  2. En exploitant la courbe montrer que la concentration initiale d’hydroxyde de sodium est : CB=10mol.m-3.
  3. Les réactifs sont en proportion stœchiométrique (mélange équimolaire) ; montrer que : G= -0,72.x +2,5.10-3.
  4. Vérifier que la réaction est totale, en déduire le temps de demi-réaction t1/2.
  5. Sachant que le mélange est équimolaire montrer que la vitesse volumique de la réaction vérifie la forme: 2022-06i16544733301556016388.png
  6. Calculer la vitesse de la réaction à t=0min.

Exercice 4 : suivi de l’évolution d’une réaction par mesure de volume de gaz.

L’acide chlorhydrique en excès réagit sur le carbonate de calciumCaCO3(s) (de nom courant : le calcaire) suivant l’équation :2022-06i16544736451355804390.png

Durant l’expérience la pression du gaz recueilli reste constante P=1,02.105Pa, tandis que le volume du gaz varie progressivement au cours du temps et à température constante T=25°C=298k, on considère que CO2(g) se comporte comme un gaz parfait. Le volume de CO2(g) dégagé est aisément mesuré, la courbe de la figure ci-dessous donne la variation temporelle du volume V(CO2(g)).

données : la constante des gaz parfait R= 8,31JK-1mol-1.L’équation d’état des gaz parfait : PV=nRT.

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  1. Montrer que l’avancement de la réaction s’écrit : x=41,2.V(CO2)
  2. Trouver graphiquement le temps de demi-réaction t 1/2 .
  3. Le volume de la solution est V= 100mL, Calculer la vitesse volumique de la réaction à l’instant t=400s .

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L'article a été mis à jour le : Jui ,20 2022