Cinétique chimique - MP*1

MP*1- 2014/2015
Cinétique chimique
Ordre d’une réaction :
On considère une réaction du type
, par exemple :
ClO   1/ 3ClO3  2 / 3Cl 
Réaction d’ordre 0 :
[ ]
avec
ce qui donne [ ]( )
en
Le temps de demi-réaction est
[ ](
[ ](
)
)
Réaction d’ordre 1 :
[ ]
[ ] avec
en
ce qui donne
[ ]( )
[ ](
)
Le temps de demi-réaction est
Réaction d’ordre 2 :
[ ]
[ ] avec
en
Le temps de demi-réaction est
ce qui donne [
[ ](
]( )
[ ](
)
)
1) Boire ou conduire il faut choisir :
Un homme consomme un demi-litre de vin rouge à
: peut-il prendre sa voiture
sachant que la limite légale est de
d’alcool dans le sang ? Si non combien de temps
doit-il attendre ?
On considère que l’étape cinétiquement prédominante est la réaction d’oxydation de l’alcool
dans le sang ; cette réaction est d’ordre zéro et il faut une heure pour passer de
à
.
Un vin de
correspond à
en masse d’éthanol ; on considère que le volume de tous les
fluides corporels est de
.
2) Datation au carbone 14 :
La datation au carbone
, élément radioactif de durée de demi-vie
ans, est
utiliser pour dater un fragment d’os ancien contenant
de carbone (essentiellement du
carbone ). Calculer le nombre de carbone 12 présents dans l’échantillon. Ce fragment a une
activité de
, c’est-à-dire que l’on observe
désintégration radioactive par seconde.
Calculer le nombre de carbone 14 qu’il contient. Quel est l’âge de ce fragment d’os ?
On considère que la proportion des deux isotopes du carbone est constante dans
l’atmosphère et dans les êtres vivants et qu’il en a toujours été ainsi. Cette proportion est de
atomes de
pour un atome de
Les rayons cosmiques de haute énergie produisent une grande quantité de neutrons
qui bombardent l’azote de l’air pour le transformer en carbone . Le carbone est assimilé
par les organismes vivants ; sa proportion y est constante du fait des échanges. Quand un
organisme meurt, le carbone
qui se désintègre n’est plus remplacé et sa quantité de
matière diminue au cours du temps.
3) Cinétique de dismutation de l’hypochlotrite :
En milieu basique et à température suffisante, on observe la dismutation de l’ion
hypochlorite suivant le bilan :
3ClO   ClO3  2Cl 
On réalise deux expériences à
à des pH différents et pour des conditions

initiales différentes en hypochlorite notées ClO o1 et ClO  o 2 .
Pour chacune d’elle on suit l’évolution de la concentration en ion hypochlorite en fonction du
temps t :
Première expérience : ClO  o1  1.27.10 2 mol.L1 et OH  o1  0.260mol.L1 .
en
3
10 ClO 
en












Première expérience : ClO 
en
3
10 ClO 
en



o2
 2.71.10 2 mol.L1 et OH 
o2
 0.495mol.L1 .



p

q
1) En supposant une loi de vitesse de la forme : v  k OH  ClO  , montrer que les
deux séries de mesures sont compatibles avec un ordre partiel
.
2) En utilisant les deux séries de mesures, calculer l’ordre partiel .
3) En déduire la valeur de la constante de vitesse à la température de l’expérience.
4) TP d’élèves :
On étudie la réaction d’hydrolyse de l’éthanoate de méthyle à
large excès d’eau. La réaction est supposée totale :
, en présence d’un
A divers instants , on prélève un même volume du milieu réactionnel et on dose l’acide
formé par une solution de soude.
Lors de leur TP, des élèves ont obtenu les résultats du tableau suivant mais étourdis,
ils ont oublié de déclencher le chronomètre à l’instant de début de la réaction ; ils ne l’ont
déclenché qu’à partir du premier prélèvement à la date . Ils ont aussi égaré leur feuille de TP
et ne disposent donc ni de la concentration de la soude, ni la concentration initiale de l’ester.
Montrer que si les élèves sont astucieux, en admettant que la réaction soit d’ordre un, ils
pourront déduire de leurs mesures la constante cinétique k et le temps de demi-réaction.
(
)
( )
Solutions :
1) Boire ou conduire il faut choisir :
Le conducteur a
d’alcool dans le sang ; il ne peut pas conduire ; la cinétique est
d’ordre zéro avec
; il doit attendre 5 heures avant de conduire.
2) Datation au carbone 14 :
Au moment de sa mort l’échantillon comptait
(
)
atomes ; l’activité de l’échantillon (en Bequerel) est
de la mesure l’échantillon compte
( )
l’échantillon est
(
atomes et
)
; au moment
atomes de
atomes ; l’âge de
ans.
3) Cinétique de dismutation de l’hypochlotrite :
1) on fait l’hypothèse de réaction d’ordres partiels 2 ; comme OH  o  ClO  o , on peut
1
1
2
d ClO  
écrire v  k ' ClO    
en intégrant on trouve la relation

 3k ' t ;

3dt
ClO
ClO  o
une régression linéaire montre que
et
;
2) dans les deux expériences on trouve
; on en déduite que
;
3)
.
4) TP d’élèves :
Si on appelle la concentration initiale en ester, à un instant la concentration en acide
éthanoïque est x(t) ; avec l’hypothèse d’un ordre un on a ( )
(
(
)) soit
; par une régression linéaire on trouve
et



;


 


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