Exercices
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La cinétique (vitesse de réaction) : Exercices Exercice 1 Soit la réaction en milieu aqueux A + B Æ C + D, dont la cinétique est du deuxième ordre : a) Approximativement, comment varie la vitesse de cette réaction lorsque la température passe de 20°C à 50°C ? b) Pour une même température, dans quel cas la vitesse de réaction est-elle la plus grande : 1) c(A) = 2.0 mol/L et c(B) = 0.1 mol/L 2) c(A) = 0.5 mol/L et c(B) = 0.5 mol/L c) Quels sont les facteurs influençant la vitesse de la réaction ? d) Comment varie la vitesse de réaction pour une température constante ? e) Si la réaction est exothermique, la vitesse de réaction peut augmenter de façon fulgurante. Pourquoi ? f) La vitesse de réaction vaut 4.0 . 10–2 mol . L–1 . s–1 pour des concentrations de A et de B valant respectivement 0.5 mol/L et 0.2 mol/L. Quelle est la valeur (avec les unités) de la constante de vitesse k ? Exercice 2 a) Pourquoi la paille de bois brûle-t-elle beaucoup plus rapidement que des morceaux de bois grossiers ? b) Pourquoi le charbon (C) ne brûle-t-il pas spontanément à température ordinaire ? c) Pourquoi la combustion du charbon continue-t-elle après allumage ? d) Dans les cas simples, la constante de vitesse d’une réaction kA+B dépend-elle de l’énergie d’activation ? de la concentration de A et de B ? de la température ? e) Pourquoi les aliments se conservent-ils mieux dans un réfrigérateur ? f) Quel est le rôle des inhibiteurs ? g) Comment appelle-t-on les inhibiteurs utilisés dans l’alimentation ? h) Qu’est-ce qu’un catalyseur, comment agit-il ? i) Existe-t-il un catalyseur universel, pour toutes les réactions ? j) Certaines protéines sont des catalyseurs biochimiques responsables des métabolismes dans le monde vivant. Comment appelle-t-on ce genre de catalyseurs ? Exercice 3 L’ammoniac peut s’oxyder selon la réaction à équilibrer ci-dessous. NH3 + O2 NO + H2O Si, à un moment donné, l’ammoniac disparaît à la vitesse de 0.20 mol . L–1 . s–1, a) à quelle vitesse le dioxygène disparaît-il ? b) à quelle vitesse l’eau se forme-t-elle ? c) quelle est, à ce moment, la vitesse de réaction ? Exercice 4 L’oxyde de calcium (s) réagit avec le gaz carbonique (g) pour former du carbonate de calcium (s). Parmi les propositions ci-dessous, quelle est l’expression mathématique de la vitesse de réaction ? 1) v = k . c(CaO) . c(CO2) 2) v = k . c(CO2) 3) v = k . c(CaO) + c(CO2) 4) v = k / c(CO2) Exercice 5 Le facteur pré-exponentiel A = 8.3 . 108 L . mol–1 . s–1 et l’énergie d’activation Ea = 28.9 kJ/mol sont connus pour la réaction ci-dessous. Cette réaction est d’ordre partiel 1 pour NO2Cℓ et également d’ordre 1 pour NO. Que vaut la constante de vitesse à 225 °C ? NOCℓ2 Exercice 6 + NO ONCℓ Calculez le facteur pré-exponentiel A pour la réaction entre le dioxyde de carbone et l’hydroxyde, sachant que k(24.6 °C) = 3230 L . mol–1 . K–1 et que Ea = 38 kJ/mol. CO2 Exercice 7 OH– + HCO3– Calculez l’énergie d’activation pour la réaction ci-dessous, sachant qu’à 37 °C, k = 9.7 . 10–4 L . mol–1 . K–1 et que A = 1.5 . 1015 L . mol–1 . s–1. C12H22O11 Exercice 8 + H2O 2 C6H12O6 On considère souvent en chimie organique que la vitesse d’une réaction est doublée lorsque la température augmente de 10 °C, et passe par exemple de 20 °C à 30 °C. Dans ce cas, quelle est la valeur de l’énergie d’activation ? Exercice 9 La vitesse de décomposition de NOCℓ en monoxyde d’azote NO et en chlore Cℓ2 est décrite par la relation v = k . [c(NOCℓ)]2. La constante de vitesse vaut 2.6 . 10–8 L . mol–1 . s–1 à 27 °C et 4.9 . 10–4 à 127 °C. a) Posez l’équation de la réaction de décomposition. b) Calculez l’énergie d’activation de cette réaction c) Déterminez la vitesse de réaction à 227 °C. Exercice 10 La décomposition de C2H5Br en éthène et en acide bromhydrique est du premier ordre. Sachant que la constante de vitesse k(650 K) = 2.0 . 10–5 s–1 et que Ea = 226 kJ/mol, à quelle température aura-t-on k = 6.1 . 10–5 s–1 ? Exercice 11 La synthèse d’éthane à partir d’éthène et d’hydrogène est d’ordre 1 pour chacun des réactifs. L’énergie d’activation de cette réaction vaut 181 kJ/mol et la constante de vitesse k = 1.3 . 10–3 L . mol–1 . s–1 à 700 K. Que vaut k à 740 K ? Exercice 12 Un catalyseur permet d’accélérer la réaction A (g) Æ B (g) + C (g) d’un facteur 1000. Si l’on admet les conditions normales de température et de pression, quelle est la diminution (en kJ/mol) de l’énergie d’activation consécutive à l’introduction du catalyseur ? Exercice 13 Le chlorométhane réagit avec l’hydroxyde pour donner du méthanol et de l’eau. Deux mécanismes sont imaginés pour cette réaction : l’un commence par la décomposition du chlorométhane, l’autre suppose la collision des réactifs. Comment peut-on faire pour déterminer lequel des deux est le mécanisme correct ? 1) CH3+ CH3Cℓ puis 2) CH3 + CH3Cℓ + – OH CH3OH + OH– CH3OH + Cℓ– lentement immédiatement + Cℓ– Exercice 14 Soit la réaction (à équilibrer) ci-dessous : NO + Br2 NOBr Sa vitesse initiale est mesurée à 0 °C pour différentes concentrations de réactifs à l’instant t = 0. n° de l’expérience C0 (NO) / (mol . L–1) C0 (Br2) / (mol . L–1) v0/ (mol . L–1 . s–1) 1 0.10 0.10 12 2 0.10 0.20 24 3 0.10 0.30 36 4 0.20 0.10 48 5 0.30 0.30 ? a) Quels sont les ordres par rapport à NO et à Br2 ? b) Quelle est la valeur de la constante de vitesse ? c) Quelle est la vitesse initiale pour la 5ème expérience ? Exercice 15 Au cours d’une réaction de la forme A Æ 2B, le dosage de A à des intervalles de temps de 10 minutes a donné les résultats suivants : temps écoulé / min c(A) / (mol . L–1) 0 10 20 30 40 50 1.000 0.714 0.555 0.454 0.385 0.333 a) Tracez les deux courbes c(A) = f(t) et c(B) = f(t). b) Evaluez graphiquement la vitesse de disparition de A et de la vitesse d’apparition de B à t = 25 minutes. c) Déterminez si la réaction est d’ordre 1 ou 2 pour A. d) Calculez la constante de vitesse. Exercice 16 La réaction (à équilibrer) ci-dessous peut-elle être une réaction élémentaire, s’effectuant en une seule étape ? Pourquoi ? Quel critère peut-on utiliser pour s’en assurer ? NH3 + O2 N2 + H2O Exercice 17 Il a été démontré expérimentalement que la décomposition du chlorure de sulfuryle (équation à équilibrer ci-dessous) est une réaction d’ordre 1. A 600 K, sa constante de vitesse vaut 1.32 . 10–3 min–1. SO2Cℓ2 SO2 + Cℓ2 a) Quel est le pourcentage de SO2Cℓ2 dissocié après 20 minutes de réaction ? b) Quel est le temps de réaction nécessaire pour que 80 % du chlorure de sulfuryle soit dissocié ?