LC21 : Cinétique homogène
Bibliographie
- Chimie PCSI, Schott, de Boeck (livre rose)
- Cours de MaMa
- Animation facteurs cinétiques
Niveau
CPGE
Prérequis
- Beer-Lambert
- Loi de Kirchoff
- Notion de pH
Manips
Introduction
On peut faire l’exemple de l’erythrosine en faisant 2 concentrations différentes et en montrant qu’il y avait
On peut donner les hypothèses : on travaille avec un système fermé, monotherme, homogène et isochore.
I.
1) Vitesse de réaction
On décrit l’évolution du système par la vitesse volumique de réaction : donner la formule. C’est une vitesse qui dépend des coefficients stoechiométriques. On écrit une réaction comme : aA+bB->cC+dD.
On définit également alors la vitesse de disparition d’un réactif et la vitesse de formation d’un produit (on les définit de manière à ce qu’elles soient toujours positives) et on voit que ces vitesses de disparition et de formation sont reliées à la vitesse volumique de la réaction par les coefficients stoechiométriques.
On se place dans un système isochore. On fait donc le calcul et on trouve les expressions de la vitesse volumique de réaction. [Schott]
Sur diapo, on peut donner l’exemple de N2+3H2=2NH3, on écrit les 3 vitesses. On peut alors avoir accès à la vitesse en prenant la tangente de la courbe de la concentration d’une espèce en fonction du temps en un point.
2) Ordre d’une réaction
La loi de vitesse d’une réaction est l’équation liant la vitesse volumique v(t) de la réaction aux concentrations des différents constituants. A température fixée, la réaction : aA+bB->cC+dD admet un ordre si sa loi de vitesse peut s’écrire sous la forme : v=k[A]p[B]q.
k est la constante de vitesse, sa valeur est une caractéristique de la réaction et ne dépend que de la température. q et p sont les ordres partiels de la réaction. L’ordre global et la somme des ordre partiels. On peut mettre sur diapo la dimension de k en fonction de l’ordre global.
On mentionne ici que la température a une influence sur la cinétique.
On peut donner l’exemple [p.51, Schott].
II. Evolution de la concentration en fonction du temps
1) Méthodes
On utilise les propriétés des espèces pour la déterminer.
Lorsqu’on a des ions, on utilise la loi de Kirchoff.
Lorsqu’on a des espèces colorées, on utilise la loi de Beer-Lambert.
On peut également utiliser le pH.
2) Erythrosine B
On va étudier la réaction de décoloration de l’érythrosine B. C’est une espèce colorée, on va donc utiliser la loi de Beer-Lambert.
On met donc au spectro et on étudiera le reste après.
III. Détermination d’une loi de vitesse
1) Loi de vitesse à un réactif
On écrit la réaction : aA->cC+dD
a) Méthode différentielle
On écrit la loi de vitesse : v=k[A]p On trace ln(v) en fonction de ln[A], c’est une droite dont la pente nous donne l’ordre partiel par rapport à A.
Rq : Il n’y a aucune hypothèse à formuler. Cependant la vitesse est connue avec beaucoup d’incertitude.
Transition : On cherche alors une autre méthode plus précise
b) Méthode intégrale
On suppose une valeur de l’ordre p puis on intègre.
On fait l’exemple pour l’odre 2 (parce que l’odre 1 est vu en lycée). On trace ensuite la droite si R2 > 0,998 l’ordre est supposé le bon. Sinon on recommence en supposant un autre ordre.
Transition : On vient de voir comment faire pour 1 réactif mais dans la plupart des réactions il y en a au moins 2. On va voir comment on peut déterminer la loi de vitesse pour ces cas là.
2) Réaction à 2 réactifs
a) Introduction d’un excès de réactif
On regarde comment on se retrouve avec un kapp et une possibilité de trouver rapidement.
b) Réalisation d’un mélange dans des conditions stoechiométriques
On regarde ce que cela peut faire
3) Retour sur l’érythrosine
On avait mis les ions hypochlorites en excès, on peut donc avoir accès à l’ordre partiel en érythrosine. on trouve également le kapp.