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Cours Chimie - Série ES: Suivi d'une cinétique

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Fiche de révision Chimie: Cinétique chimique

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Ajouté le : 04 mars 2014
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Nº : 37006
Plan de la fiche
I - Définitions II - Méthodologie
I - DÉFINITIONS
Fiche Cours
CHIMIE
Série S
Fiche 6 : Suivi d’une cinétique
• Suivre une cinétique :mesurer une grandeur physique qui évolue avec la transformation pour déterminer l’avancement en fonction du temps. Exemples :mesure dupHmesure de la conductivité…de la concentration d’une espèce qui entre dans la réaction,, mesure • Absorbance,AouA:proportion de lumière monochromatique de longueur d’ondeλMesurée parabsorbée par une solution. λ un spectrophotomètre,sans unité. Dépend de la nature des espèces absorbantes,de leur concentration,de la longueur traversée, de la longueur d’onde. • Relationabsorbance concentration :une solution ne contenant qu’une seule espèce absorbante de concentration soit -1 tration,= ⋅. i effective[X]. L’absorbanceAà la longueur d’ondeλest proportionnelle à cette concenAλk [X]S[X]est enmol·L, λ alorskest enL·molpuisqueAest sans unité. -1 λ En réalité,toutes les espèces d’une solution (solutés et solvant) absorbent ; l’absorbance de la solution est la somme des absorbances de chaque espèce prise séparément :(soluté ) + A(solvant)= AA (solution)(soluté ) + A(soluté ) + AavecA (soluté) = k ·[X ], λ λ1λ2λ3λ λ1 11 A (soluté) = k ·[X ], A(soluté ) = k ·[X ]etA (solvant)est une constante qui est mesurée avec du solvant pur. λ2 22λ3 33λ • Suivi par une méthode physique :mesure d’une grandeur physique liée à l’avancement sans altération du système chimique. Exemple :la mesure dupHla conductivité,, dede l’absorbance. • Suivi par une méthode chimique :mesure d’une grandeur physique liée à l’avancement par prélèvement etil y a unetitrage ; altération légère du système chimique. • Critèrede choix d’une méthode :méthode est adaptée pour suivre une transformation si la durée de mesure est une inférieure au dixième du temps de demi réaction.
Faire une mesure cela prend du temps,par exemple mesurer une concentration par titrage. Les méthodes physiques sont en général plus rapides que les méthodes chimiques.Une méthode rapide est intéressante pour une réaction rapide,mais si elle convient aussi pour une réaction lente,elle donne finalement trop de mesures à exploiter et on peut lui préférer une méthode moins rapide.
II - MÉTHODOLOGIE
• Courbe d’étalonnage Dans la relationA = k·[X]courbe d’étalonnage est le moyen qui permet de mesurer la constante de proportionnalité, lak. On considère une solution d’un seul solutéXabsorbant à la longueur d’onde choisie. La concentration de départ de ce soluté est [X], lasolution est appelée solution mère et notéeS. Oncrée par différentes dilutions une série de solutions filles> 1)S (j. 1 1j Lors de toute dilution,la quantité de matière de soluté est constante aussi peut-on écrire quenn =. Orn =[X] ·VVX,1 X,jX,1 11 1 est le volume de solution mère prélevé à la pipette jaugée etn =[X] ·V[X]est la concentration deXdans la solutionSet X,j jj jj Vest le volume de solutionSpréparée dans la fiole jaugée.Ainsi= [X] ·V[X] ·V. Cetterelation permet de trouver ou bien[X]j j1 1j jj
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Nº : 37006
Fiche Cours
CHIMIE
Série S
V i connaissant[X] , VetVsachant que l’on impose souvent les concentrations avant et après dilution. Lesou bien le rapport 1 1j V 1 valeurs possibles pourVsont1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mLet25 mLet pourVj, 25 mL, 50 mL, 100 mL, 200 mL, 250 mL,1 500 mL.Une fois la série de solution réalisée,on mesure au spectrophotomètre l’absorbance associée à chaque solution,ce qui permet de relierAavec[X].Avant ces mesures, on réalise en général un blanc, c’est-à-dire la mesure de l’absorbance du solvant seul. En effet j j A = k·[X] + A(solvant)blanc donne. LeA(solvant)et on mesure ensuiteA - A(solvant) = k·[X]. Lacourbe d’étalonnage est la courbe deA - A(solvant)en fonction de[X]doit théoriquement correspondre à une droite passant par l’origine. Dans un tableur grapheur,, elle onenregistre les valeurs mesurées et l’ordinateur peut modéliser ceci par une droite passant par l’origine et calculer la valeurdek.
• Relation avancement grandeur Le suivi d’une cinétique consiste en la mesure de l’évolution d’une grandeur physique autre que l’avancement.Il faut pouvoir ensuite relier la grandeur mesurée à l’avancement qui permet de connaître l’évolution de chaque espèce chimique et la vitesse de réaction.
Considérons la réaction lente entre le peroxyde d’hydrogène et les ions iodure : H O+ 2 I+ 2 H O= 4 H O+ I(1) - + 2 2(aq)(aq) 3(aq) 2(l) 2(aq) On peut suivre la cinétique de cette réaction par spectrophotométrie ou par titrage.
Par spectrophotométrie,on mesure l’absorbance en fonction du temps.On choisit une longueur d’onde pour laquelle l’absorbance due au diiode soit assez forte voire maximale. Les autres espèces n’absorbent pas significativement la lumière. D’après l’équation lorsqu’à x une datetla réaction est avancée àxquantité de diiode formé est, lan =x.Alors siVest le volume de solution,[I ]=.Et puisque 2 I 2 V kx AV A = k ·[I ](Acorrespond en fait àA - A(solvant)), onobtient la relationA=oux=on mesure. CommeAen fonction2 V k det, onpeut connaître maintenantxen fonction det. Ensuiteon peut en déduirenou[H O ]ouven fonction deteffet, d’après: enH O2 2 2 2 i iAV A1 dx 1dAVdA 1dA1 V l’équation(1),n=nH2O2- x=nH2O2-ou bien[H O ]=[H O ] -ou bienv= ⋅= ⋅⋅ ⋅ == ⋅ . H O2 22 2i 2 2 k kV dt Vd tkd tV ktk d Par titrage,on mesure le volume équivalent en fonction du temps.On titre dans de petits prélèvements mis à la trempe (refroidis 2- -2-pour ralentir fortement la réaction) le diiode formé.La réaction du titrage a pour équation(2)= 2 I+ S OI +2 S O. 2(aq) 23 (aq)(aq) 46 (aq) Il faut bien dissocier la réaction du titrage qui sert à étudier la réaction d’équation(1). Aréactifs sont introduitsl’équivalence, les dans les proportions stoechiométriques et d’après l’équation(2),1 molde diiode réagit totalement avec2 mold’ions thiosulfate, donc par proportionnalitén molde diiode réagissent totalement avecn2-mol= 2 nd’ions thiosulfate. I SO I 2 23 2 Orxn =etn2-] ·V= [S Oainsi[S O] ·V= 2 x. 2- 2-I SO 23 0éq 23 0éq 2 23 2V][S O é q2 30 Et on obtientx=,Ven fonction detpermet ainsi de connaîtrexen fonction detéq 2
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