Cinetique ters Page 1 Rappels d`oxydo

Rappels d’oxydo-réduction
➢ Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électron(s).
➢ Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électron(s).
➢ Un couple oxydant/réducteur est formé d'un oxydant et d'un réducteur qui se correspondent
dans une réaction d'oxydoréduction.
oxydant + n.e-
=
réducteur
: couple oxydant/réducteur
Fe2+ + 2e-
=
Fe
: couple Fe2+ / Fe
Fe3+ + e-
=
Fe2+
: couple Fe3+ / Fe2+
MnO4- + 8H+ + 5e-
=
Mn2+ + 4H2O
: couple MnO4- / Mn2+
➢ Une oxydation est une perte d'électrons. Par exemple : Zn = Zn2+ + 2e➢ Une réduction est un gain d'électrons. Par exemple :Cu2+ + 2e- = Cu
Une oxydoréduction est une réaction où deux couples rédox échangent un ou plusieurs électrons.
➢ Couples oxyd1/réd1 et oxyd2/réd2. L'oxydant le plus fort (par exemple oxyd1) oxyde (prend un ou
plusieurs électron(s)) le réducteur le plus fort (réd2) :
oxyd1 + n1e-
=
réd1
(x n2)
réd2
=
oxyd2+ n2e-
(x n1)
_______________________________________________
n2.oxyd1 + n1.réd2
=
n2.réd1 + n1.oxy2
Pour écrire la demi-équation d’un couple redox, il faut respecter les règles suivantes :
- Vérifier qu’il y a, dans les deux membres, autant d’atomes de l’élément autre que l’oxygène ou
l’hydrogène.
- Si on a plus d’oxygène dans un membre que dans l’autre, on rétablit l’équilibre en ajoutant des
molécules d’eau H2O.
- Si on a plus d’hydrogène dans un membre que dans l’autre, on rétablit l’équilibre en ajoutant des
ions H+.
- Pour rétablir l’égalité́ des charges, on ajoute dans le membre qui contient trop de charges
positives par rapport à l’autre autant d’électrons que nécessaire.
On peut améliorer l’écriture de l’équation d’une réaction d’oxydo-réduction en milieu aqueux
(solvant : eau) en tenant compte de l’acidité́ ou de la basicité́ du milieu dans lequel elle se déroule :
– si c’est en milieu acide, il faut transformer les ions H+ en ions H3O+,
– si c’est en milieu basique, il faut ajouter autant d’ions HO- pour les transformer en molécules
d’eau.
Cinetique ters Page 1 TS – COMPRENDRE -C6- Temps et évolution chimique
I Evolution temporelle d’un système chimique
1) Classification des réactions
Il existe des réactions rapides (non visible à l’œil nu), des réactions lentes et des réactions
infiniment lentes, la cinétique chimique s’intéresse aux réactions lentes et cherche à connaitre leur
évolution en fonction des différents paramètres expérimentaux.
La durée d’une réaction est la durée nécessaire pour que le système chimique associé passe de son
état initial à son état final, c’est à dire un état dans lequel il n’y a plus d’évolution possible.
Pour décrire l’évolution d’un système chimique qui est le siège d’une réaction lente, il faut suivre
l’augmentation de l’avancement au cours du temps (spectrophotométrie, dosage...)
2) Suivi d’une cinétique de réaction
Suivi qualitatif : changement de couleur ; formation précipité, dégagement gazeux ou CCM en cours
de réaction (voir exercices)
Suivi quantitatif : On suit l’avancement x de réaction au cours du temps (l’évolution de la quantité
de matière d’un produit formé ou d’un réactif qui est consommé) par dosage, spectrophotométrie
(mesure absorbance), conductimétrie...
Méthodes :
Mesure de volume
l’un des produits est un
gaz
Mesure de pression
les espèces sont en solution
conductimétrie
notion de titrage / équivalence
oxydoréduction
pHmétrie
Cinetique ters une espèce est
coloré
spectrophotométrie / absorbance
Page 2 3) Tracé de suivi temporel de réaction
Une transformation chimique peut être quantitativement suivie à l'aide de courbes traduisant
l'évolution, dans le temps, de la quantité de matière d'une espèce du système.
Cela permet de voir l’évolution de la vitesse de la réaction au cours de l’avancement de la réaction
(pente de la tangente à la courbe d’évolution) et le temps de demi-réaction.
4) temps de demi-réaction
Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l'avancement x est égal à la moitié de
l'avancement final :
t=t
1/2
, x = xfinal / 2
Si la transformation est totale, xf = xmax ; à t = t1/2
,
x = xmax / 2
Détermination :
On calcule xmax à partir du réactif limitant dans le tableau d'avancement. x = xmax / 2
En reportant cette valeur sur la courbe x=f(t) on déduit par simple lecture graphique la valeur
de t1/2.
II FACTEURS CINETIQUES
Définition : Un facteur cinétique est une grandeur qui modifie la vitesse avec laquelle se produit
une transformation chimique.
1) Température
En général, plus la température du milieu réactionnel est élevée, plus la transformation est rapide.
Inversement plus la température du milieu est basse plus la transformation est lente et peut même
être bloquée.
illustration microscopique :
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/terminale_TS/facteur_cinetique_temperature.htm
2) Concentration
D'une manière générale, plus les concentrations initiales des réactifs sont élevées plus la
transformation est rapide.
Au cours d'une réaction, la vitesse diminue constamment car la concentration des réactifs décroit
au cours de l'avancement.
illustration microscopique :
http://physiquecollege.free.fr/physique_chimie_college_lycee/lycee/terminale_TS/facteur_cinetique_concentration.htm
Applications :
Accélérer certaines transformations dans l'industrie pour les rendre plus rentables.
Refroidir brutalement certains milieux réactionnels pour stopper certaines transformations (cela s'appelle
une "trempe").
Un réfrigérateur et un congélateur permettent de ralentir les transformations de dégradation biochimiques
des aliments.
La cuisson des aliments est accélérée dans un autocuiseur car la température y est élevée.
Cinetique ters Page 3 III CATALYSE
Une transformation est dite catalysée lorsque l’on ajoute à la composition initiale du système,
une molécule qui ne va pas intervenir dans le bilan, mais qui va accélérer la vitesse de la
réaction considérée. Cette molécule est appelée un catalyseur
Mise en évidence expérimentale :
Nous allons travailler avec l’eau oxygénée, de formule H2O2. Celle-ci appartient à deux couples
oxydoréducteur :
H2O2(aq)/H2O(l)
et
O2(g)/ H2O2(aq)
La concentration des solutions de peroxyde d’hydrogène H2O2(aq) est généralement donnée en
volumes : si on utilise une solution à 20 volumes, c’est que 1L de solution peut libérer 20L de
dioxygène dans les conditions normales de température et de pression (0°C, 1013 hPa).
L’eau oxygénée n’est pas une espèce chimique stable, mais métastable (on ne voit pas sa
transformation car elle est très lente, mais elle se produit effectivement).
Si elle n’est pas conservée au froid, elle se dismute (Se dismuter peut vouloir dire simplement
réagir avec soi-même) selon l’équation :
H2O2 (aq)
H2O2 (aq)
2 H 2O 2
+
2 H+(aq)
=
O2 (g)
+2e
-
=
2 H2O (l)
+ 2 H+(aq) + 2 e
-
2 H2O + O 2 gaz
Cette réaction peut être catalysée de trois manières différentes :
a. Catalyse par un morceau de platine :
Expérience :
Mettre une solution de peroxyde d’hydrogène à 20 volumes dans un bécher et la porter à 50°C
environ.
Plongeons un fil de platine dans la solution. Observons.
Plongeons un disque de platine ou du platine fortement divisé. Observons :
_ La réaction a été accélérée par la présence de platine puisqu’on observe un dégagement
important que l’on n’observait pas sans catalyseur.
_ Cette réaction illustre la catalyse hétérogène, le catalyseur est dans un état physique
différent des réactifs de la réaction qu’il catalyse.
Cinetique ters Page 4 b. Catalyse par les ions ferriques :
Expérience :
Dans trois tubes à essais, on verse de l’eau oxygénée à 20 volumes jusqu’au milieu du tube environ.
On ajoute dans le premier tube 1mL de solution de chlorure de fer III à 1mol/L, dans le deuxième
1mL de solution de fer III à 0.5 mol/L et dans le troisième 1mL de solution de chlorure de fer III
à 0.1mol/L. Observons :
_ Dans chaque bécher, on observe un dégagement gazeux ce qui prouve que les ions Fer III
catalyse la réaction de dismutation de l’eau oxygénée.
_ On observe également que le dégagement gazeux est plus important dans le tube où la solution
de chlorure de fer III a une concentration élevée.
_ Cette réaction illustre la catalyse homogène, le catalyseur est dans le même état physique que
les réactifs de la réaction qu’il catalyse.
c. Catalyse par la catalase :
La catalase est une enzyme, c’est à dire une protéine (enchaînement d’acides aminés) qui catalyse
les réactions biologiques.
Cette enzyme contient les ions fer II, qui vont, nous allons le voir, réaliser une catalyse de la
réaction de dismutation de H2O2.
Expérience :
Dans un bécher contenant une solution d’eau oxygénée à 20 volumes, mettre un morceau de foie
haché. Observons :
_ Dans cette expérience, on observe un dégagement gazeux. On en conclue que l’enzyme catalase
catalyse la réaction de dismutation d’eau oxygénée.
_ La catalyse en présence de catalase se nomme simplement la catalyse enzymatique.
Remarque :
Lorsque l’on soigne une plaie à l’eau oxygénée, on observe généralement une légère
effervescence : celle-ci est due à la réaction de dismutation par l’eau oxygénée catalysée par les
ions fer II (contenu dans le sang). Ainsi on détruit l’eau oxygénée, toxique pour l’organisme.
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