Cours Chimie - Série ES: Suivi d'une cinétique

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Fiche de révision Chimie: Cinétique chimique

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• Publié par: Studyrama
• Publié le: 04 mars 2014
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• Langue: Français

Extrait

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 du pH mesure de la conductivité…de la concentration d’une espèce qui entre dans la réaction,, mesure • Absorbance, A ou A :proportion de lumière monochromatique de longueur d’onde λ Mesurée 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’absorbance A à la longueur d’onde λ est proportionnelle à cette concen A λ k [X] S [X] est en mol·L , λ alors k est en L·mol puisque A est 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 ) + A avec A (soluté) = k ·[X ], λ λ1λ2λ3λ λ1 11 A (soluté) = k ·[X ], A(soluté ) = k ·[X ] et A (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 du pH la 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 relation A = k·[X] courbe d’étalonnage est le moyen qui permet de mesurer la constante de proportionnalité, la k . On considère une solution d’un seul soluté X absorbant à la longueur d’onde choisie. La concentration de départ de ce soluté est [X] , lasolution est appelée solution mère et notée S . 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 que nn = . Or n =[X] ·V où V X,1 X,jX,1 11 1 est le volume de solution mère prélevé à la pipette jaugée et n =[X] ·V où [X] est la concentration de X dans la solution S et X,j jj jj V est le volume de solution S préparée 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] , V et V sachant que l’on impose souvent les concentrations avant et après dilution. Lesou bien le rapport 1 1j V 1 valeurs possibles pour V sont 1 mL, 2 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL et 25 mL et pour Vj, 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 relier A avec [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. Le A(solvant) et on mesure ensuite A - A(solvant) = k·[X] . Lacourbe d’étalonnage est la courbe de A - 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 valeur de k .

• 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 date t la réaction est avancée à x quantité de diiode formé est, la n =x. Alors si V est le volume de solution, [I ]= .Et puisque 2 I 2 V k⋅x A⋅V A = k ·[I ] ( A correspond en fait à A - A(solvant) ), onobtient la relation A= ou x= on mesure. Comme A en fonction 2 V k de t , onpeut connaître maintenant x en fonction de t . Ensuiteon peut en déduire n ou [H O ] ou v en fonction de t effet, d’après: en H O2 2 2 2 i i A⋅V A 1 dx 1d  A⋅V  dA 1dA1 V l’équation (1) , n=n H 2 O 2 - x=n H 2 O 2 - ou bien [H O ]=[H O ] - ou bien v= ⋅= ⋅⋅ ⋅ == ⋅  . H O2 22 2i 2 2 k k V dt Vd t  k  d 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 mol de diiode réagit totalement avec 2 mol d’ions thiosulfate, donc par proportionnalité n mol de diiode réagissent totalement avec n 2- mol= 2 n d’ions thiosulfate. I SO I 2 23 2 Or xn = et n 2- ] ·V= [S O ainsi [S O] ·V= 2 x. 2- 2- I SO 23 0éq 23 0éq 2 23 2− V⋅][S O é q2 30 Et on obtient x= , V en fonction de t permet ainsi de connaître x en fonction de t … éq 2

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