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Lycée Ibn Hazm physique cours : 3 Suivi temporel d’une transformation vitesse d

Lycée Ibn Hazm physique cours : 3 Suivi temporel d’une transformation vitesse de réaction ZEGGAOUI EL MOSTAFA Exercice_1_solution Suivi d’une réaction chimique entre l’acide chlorhydrique et le magnésium. On introduit dans une fiole jaugée de 250ml liée à un manomètre. -- V 50.0 m  l d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration C 0.5 mo /  l l . -- une masse m = 0.020 g d’un ruban du magnésium. On lie le ruban au bouchon de telle façon qu’on peut le faire tomber par simple secousse dans la solution à l’instant t=0. Donnée : la masse molaire du magnésium M(Mg) 24.3g/mo  l . le tableau ci-dessous donne les mesures de la pression dans la fiole au cours de la réaction entre Mg et 3 H O. t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 P(hPa) 1013 1025 1036 1048 1060 1068 1079 1081 1087 1091 1093 1093 1) Faire le tableau d’avancement de cette réaction. 2) trouver la relation entre : -- la variation de la pression du gaz dans le fiole et l’avancement de la réaction x. -- La variation maximale de la pression max P  et l’avancement maximal max x . 3) donner sous forme d’un tableau, l’avancement x de la réaction en fonction du temps t, et tracer la courbe x= f(t). 4) 4.1) calculer la vitesse de la réaction aux instants 1 2 3 t 0;t 90s;t 240s    . Conclure. 4.2) Quel facteur cinétique mis en jeu cette manipulation ? Données : les couples redox 2 3 2 Mg /Mg et H O / H   Solution 1) Ecrivons l’équation-bilan de cette réaction entre Mg et 3 H O. 2 s 3 aq aq 2(g) 2 Mg 2H O Mg H H O        l Calculons les quantités de matières initiales des réactifs : 4 1 3 2 2 3 m 0.02 n (Mg) 8.23 .10 mo M 24.3 n (H O ) C.V 0.5 50 .10 2.5 .10 mo            l l Faisons le tableau d’avancement de cette transformation -- Supposons que le magnésium est le réactif limitant : 1 max1 n x 0    max1 1 x n  4 max1 x 8.23 .10 mo   l -- Supposons que se sont les ions oxoniums qui constituent la réactif limitant. 2 2 2 2 max2 max2 n 2.5 .10 n 2x 0 x 1.25 .10 mo 2 2         l Puisque max2 max1 x x  , alors le réactif limitant est le magnésium et l’avancement est 4 max x 8.23 .10 mo   l . 2) – Au début, à t = 0 la pression dans la fiole est due à la quantité de matière de l’air air n dans la fiole. équation 2 s 3 aq aq 2(g) 2 Mg 2H O Mg H H O        l état initial 1 n 2 n 0 0 excès état intermédiaire 1 2 n x n 2x   x x excès état final 1 max 2 max n x n 2x   max x max x excès Lycée Ibn Hazm physique cours : 3 Suivi temporel d’une transformation vitesse de réaction ZEGGAOUI EL MOSTAFA à la pression atmosphérique Patm et à la température T, l’air occupe le volume V’ restant dans la fiole, alors : air Patm.V' n .R.T  (a), avec R la constante des gaz parfaits. -- Après déclenchement de la réaction, il y a formation d’un autre gaz, qui est 2(g) H qui occupe le même volume V’ et à la même température, et l’équation d’état des gaz parfaits devient air 2 P.V' (n n(H ))R.T (b)   ; avec P Patm P , P    : la pression due au gaz dihydrogène 2 H air 2 air 2 (b) (Patm P).V' (n n(H ))R.T (b) Patm.V' P.V' n .R.T n(H ).R.T         D’après (a) -- (b), on obtient 2 P.V' n(H ).R.T   . D’où 2 n(H ).R.T R.T P x(t). V' V'    (c). -- à la fin de la réaction, la variation maximale de la pression est max P  , et l’avancement maximal max x max max R.T P x . V'   (d). -- Faisons max max max max (c) x(t) P P x(t) x . (d) x P P         3) On sait que 4 max x 8.23 .10 mo   l ; et 3 max P Pmax Patm 1093 1013 80hPa 8 .10 pa        t(s) 0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 P(hPa)  0 12 23 35 47 55 66 68 74 78 80 80 x(t) mmol 0 0.12 0.24 0.36 0.48 0.56 0.64 0.70 0.76 0.80 0.82 0.82 4) La courbe de variation x = f(t). 4.1) Exercice_2_solution On verse dans un bécher un volume 1 V 100 m  l d’une solution d’iodure de potassium de concentration 1 C 0.4mo /  l l , on lui ajoute un volume 2 V 100m  l d’une solution de peroxodisulfate de concentration 2 C 0.036mo /  l l acidifiée par 1ml d’acide sulfurique concentrée. Aussitôt, on prélève un volume V' 10 m  l de ce mélange, et on le met dans un bécher à l’instant t = 0, et on lui ajoute 50ml d’eau glacée (0°C), cette opération s’appelle : la trempe, son objectif est d’arrêter la réaction par dilution et refroidissement. On dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium 2 2 3 (2Na S O )    de concentration 2 C 0.02mo /  l l . On répète les mêmes opérations effectuées précédemment pour les autres instants, Lycée Ibn Hazm physique cours : 3 Suivi temporel d’une transformation vitesse de réaction ZEGGAOUI EL MOSTAFA le tableau suivant résume les résultats obtenus : t(min) 0 3 6 9 12 16 20 30 40 50 60 2 t n(I ) (mmo ) l 0 0.5 1 1.4 1.7 2.1 2.3 2.8 3.1 3.2 3.3 Données : les couples redox misent en jeu 2 2 2 2 2 8 4 4 6 2 3 2 S O /SO ;S O /S O ;I /I     . 1) écrire l’équation-bilan de la réaction principale. 2) écrire l’équation-bilan de la réaction de dosage. 3) Faire le tableau d’avancement de la réaction entre les ions iodure I et les ions peroxodisulfate 2 2 8 S O . 4) Tracer sur un papier millimétrée les variations de l’avancement de la réaction en fonction du temps. 5) Calculer la vitesse de la réaction aux instants : 1 2 3 t 0;t 20s;t 50s    . Conclure. 6) Donner le bilan de la matière (les quantités de matière) à l’instant t = 20 min, dans le mélange. 7) Calculer la concentration des ions iodures et de diode dans le mélange à l’instant t = 20 min. Solution 1) pour la réaction qui se passe dans le mélange entre les ions peroxodisulfate 2 2 8 S O . les couples redox misent en jeu : 2 2 2 8 4 2 S O /SO ;I /I   . Les demi-équations électroniques 2 2 2 2 8 4 2I I 2e S O 2e 2SO            L’équation d’oxydoréduction : 2 2 2 8 4 2 S O 2I 2SO I        2) ce diiode 2 I formé sera dosé par les ions thiosulfate 2 2 3 S O . Les couples redox misent en jeu : 2 2 2 4 6 2 3 I /I ;S O /S O   . Les demi-équations électroniques 2 2 2 2 3 4 6 I 2e 2I 2S O S O 2e            L’équation d’oxydoréduction : 2 2 2 2 3 4 6 I 2S O S O 2I        3) le tableau d’avancement de la première réaction Les quantités de matière initiales des réactifs. 2 2 i 2 8 2 2 n n (S O ) C .V    3 2 n 0.1 0.036 3.6 .10 mo     l 1 i 1 1 n n (I ) C .V    2 1 n 0.1 0.4 4 .10 mo     l 4) d’après ce tableau d’avancement la quantité de matière du diiode est égale à l’avancement de la réaction : 2 t x(I ) x(t)  . Au même temps, c’est cette quantité de matière uploads/Finance/ solution-exercices-de-suivi-temporeldune-transformation-vitesse-dereaction 1 .pdf