Exercice 3C

 

Enoncé :

 

On suit l'avancement d'une transformation à 2 températures différentes (les autres conditions étant identiques).

Les résultats sont représentés sur le graphe suivant :

 

 

a. Préciser laquelle des 2 expériences (a ou b) a été obtenue à la température la plus élevée.

b. Evaluer le temps de demi-réaction pour chaque transformation.

c. Ces temps de demi-réaction sont-ils en accord avec la justification donnée à la question a.

d. Comparer les vitesses initiales des 2 réactions. Le résultat est-il en accord avec les questions précédentes ?

e. Comparer les vitesses des réactions à t = 200 s. Le résultat est-il en accord avec les questions précédentes ?

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution :

 

On suit à deux températures différentes l'avancement d'une transformation, toutes autres conditions identiques par ailleurs. Les résultats sont représentés par les courbes ci-dessous.

 

a) La température étant un facteur cinétique, celle des 2 expériences réalisée à la température la plus élevée sera celle dont la vitesse sera la plus grande, c'est-à-dire celle qui atteindra le plus rapidement l'avancement maximal. La courbe a est donc celle qui correspond à la température la plus élevée.

 

b) Par définition, le temps de demi-réaction t1/2 est le temps au bout duquel la moitié de l'avancement final est atteint. Ici l'avancement final étant xmax=0,025 mol, le temps de demi-réaction est celui pour lequel x=0,0125 mol, soit t1/2=35s pour a et t'1/2=70s pour b.

 

c) D'après la question a), la vitesse la plus grande est obtenue pour la courbe a.

D'après la question b), le temps de demi-réaction le plus court est obtenu pour cette même courbe.

Ces 2 affirmations sont tout à fait compatibles, plus la vitesse de réaction est grande, plus le temps de demi-réaction est court.

 

d) Les vitesses initiales sont données par les coefficients directeurs des tangentes aux courbes a et b à l'origine. La figure ci-contre montre que la vitesse initiale est plus grande pour la courbe a que pour b, ce qui est bien en accord avec les questions précédentes.

 

e) La figure ci-contre montre qu'à t = 200 s, c'est la courbe b qui a la vitesse la plus grande. Cela s'explique par le fait que pour la courbe a, l'avancement maximal étant pratiquement atteint, il reste trop peu de réactifs pour que la vitesse soit grande. Par contre pour la courbe b, étant donné qu'il reste encore beaucoup de réactifs, il est tout à fait possible d'avoir une vitesse plus grande que pour a.

 

Remarque : Lorsqu'on compare 2 expériences, il faut qu'une seule condition change (la température ou la concentration), toutes les autres conditions (les quantités de matière des réatifs, le volume total, le récipient utilisé,...) étant identiques.

. . . Or dans la question e), il y a 2 conditions différentes pour les expériences a et b.

La température est supérieure pour l'expérience a, mais la quantité de réactifs restants (donc également la concentration de ces réactifs!) est supérieure pour l'expérience b.

Lorsque 2 facteurs cinétiques jouent en sens contraire comme ici, on ne peut pas prédire à priori, lequel l'emportera sur l'autre ... c'est l'expérience qui pourra nous le dire.

La physique est bien une science expérimentale !