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Cinétique chimique

Comment faire pour augmenter la vitesse d'une réaction chimique ? Une façon simple serait d'ajouter davantage de réactifs dans le système. C'est exactement ce que les chimistes Peter Waage et Cato Guldberg ont proposé en 1864, sous le nom de loi de l'action de masse. Cette loi a donné naissance au domaine de la cinétique chimique, l'étude du taux (ou de la vitesse) de réaction.

  • Cet article porte sur la cinétique chimique.
  • Tout d'abord, nous définirons la vitesse de réaction.
  • Ensuite, nous examinerons les lois de la cinétique chimique, y compris la théorie des collisions et les facteurs affectant la vitesse de réaction.
  • Nous passerons ensuite aux graphiques cinétiques tels que les distributions de Maxwell-Boltzmann et les diagrammes d'enthalpie.
  • Nous verrons également comment tracer les graphiques de la vitesse de réaction. Tu pourras t'entraîner à calculer la vitesse de réaction à un moment donné.

  • Ensuite, nous te présenterons brièvement les équations de vitesse et l'équation d'Arrhenius.
  • Enfin, nous examinerons les applications de la cinétique chimique.

Cinétique chimique : définition

La cinétique chimique est une branche de la physique-chimie qui s'intéresse à la vitesse des réactions chimiques.

La loi de l'action de masse stipule que la vitesse d'une réaction est proportionnelle à la concentration des réactifs. Bien que cela soit souvent vrai, nous savons maintenant que de nombreux autres facteurs influencent également la vitesse de réaction des substances.

Prenons par exemple la réaction entre le magnésium et l'eau. Mets du magnésium dans de l'eau à température ambiante et il pétillera très doucement. Mais combine-le avec de la vapeur et la réaction sera beaucoup plus vigoureuse. Dans cet article, nous examinerons pourquoi c'est le cas, ainsi que d'autres questions dans le domaine de la cinétique.

Cinétique chimique : vitesse de réaction

Comme nous l'avons défini ci-dessus, la cinétique chimique est une branche de la chimie qui traite de la vitesse des réactions.

La vitesse de réaction est une mesure de la rapidité avec laquelle les réactifs sont utilisés ou les produits formés dans une réaction chimique. En d'autres termes, il s'agit de la variation de la concentration des réactifs ou des produits au fil du temps.

Certaines réactions se produisent extrêmement rapidement. Les réactifs sont utilisés rapidement et de nombreux produits se forment en un clin d'œil. Leur vitesse de réaction est rapide. Mais d'autres réactions sont lentes. Par exemple, la rouille d'un clou en fer peut prendre des années et des années. Le fer, l'un des réactifs, se transforme progressivement en oxyde de fer, le produit. Comme le changement de concentration des réactifs et des produits est graduel, on dit que ce processus a une vitesse de réaction lente. La vitesse de réaction est simplement un moyen de mesurer la vitesse à laquelle une espèce se transforme en une autre.

Mesurer le taux de réaction

Tu peux mesurer la vitesse de réaction de plusieurs manières différentes. Toutes les méthodes sont valables, à condition que tu mesures la variation des quantités de réactifs ou de produits. Par exemple, tu peux

  • Mesurer le changement de masse d'une réaction avec des produits gazeux.
  • Mesurer le volume de gaz dégagé pour une réaction avec des produits gazeux.
  • Mesurer la lumière traversant la solution pour une réaction qui produit une suspension trouble.
  • Mesurer le changement de pH d'une solution.

Pour mesurer la vitesse de réaction, commence ta réaction. À intervalles réguliers, prends une mesure comme décrit ci-dessus et note le temps et la valeur de la mesure dans un tableau. Une fois la réaction terminée, trace un graphique avec le temps sur l'axe des abscisses et ta mesure, qu'il s'agisse du volume de gaz ou de la masse des réactifs, sur l'axe des ordonnées. Relie les points par une courbe régulière. Pour calculer la vitesse de réaction, tu dois ensuite trouver le gradient de cette courbe. Ne t'inquiète pas, nous te montrerons comment le faire plus tard.

Unités du taux de réaction

Les unités du taux de réaction varient en fonction de ce que tu mesures. Par exemple : g s-1, cm3 s-1 ou mol dm3 s-1.

Loi de vitesse : cinétique chimique

La cinétique chimique, et la vitesse de toutes les réactions, repose sur une loi sous-jacente : le principe de la théorie des collisions. Il s'agit d'un concept simple, mais nous pouvons en déduire de nombreux facteurs affectant la vitesse de réaction.

Tout d'abord, définissons la théorie de la collision.

La théorie des collisions

La théorie des collisions est une explication des taux de nombreuses réactions. Elle propose deux idées clés : les particules doivent entrer en collision avec la bonne orientation et avec une énergie suffisante pour qu'une réaction se produise.

Les réactions ne peuvent se produire que si deux particules entrent en collision. Cependant, cela ne suffit pas. La théorie des collisions stipule que pour réagir, les particules doivent également avoir une orientation correcte et une énergie suffisante. Qu'est-ce que cela signifie ?

Prenons l'exemple de la réaction entre le chloroéthane et un ion hydroxyde OH-. Ils peuvent réagir ensemble pour former un alcool, dans un exemple de ce que nous appelons les réactions de substitution nucléophile. Pour que la réaction se produise, la paire d'électrons solitaires de l'atome d'oxygène doit entrer en collision avec l'atome de carbone dans la liaison C-Cl. Rien ne se produira si, par exemple, l'atome d'hydrogène de l'ion hydroxyde entre en collision avec l'autre extrémité de la chaîne éthane ! Les molécules doivent être orientées de la bonne manière pour qu'une réaction puisse se produire.

Cinétique chimique ,Orientation de la cinétique chimique , StudySmarter

Fig.1- Les particules doivent entrer en collision avec la bonne orientation pour qu'une réaction se produise.

Mais l'orientation n'est pas la seule exigence. Même si l'ion hydroxyde et la molécule de chloroéthane entrent en collision avec la bonne orientation, ils peuvent ne pas réagir. Ils doivent également disposer d'une énergie suffisante. Cette énergie est connue sous le nom d'énergie d'activation.

L'énergie d'activation est la quantité minimale d'énergie nécessaire au démarrage d'une réaction chimique. Elle prend le symbole Ea.

Les réactions nécessitent une certaine énergie initiale afin de rompre les liens entre les réactifs. La rupture des liaisons est un processus endothermique, ce qui signifie qu'elle nécessite de l'énergie. L'énergie est ensuite libérée lorsque les liaisons se forment pour donner naissance aux produits.

En résumé, pour qu'une réaction ait lieu, deux particules doivent d'abord entrer en collision. Elles doivent également avoir la bonne orientation. Enfin, elles doivent avoir suffisamment d'énergie. Si, et seulement si, elles remplissent tous ces critères, une réaction se produira. Nous appelons une collision qui aboutit à une réaction une collision réussie.

Facteurs affectant la vitesse de réaction

La théorie des collisions nous dit que les particules doivent entrer en collision avec la bonne orientation et avec suffisamment d'énergie pour qu'une réaction ait lieu. Pour augmenter le taux de réaction, nous devons donc modifier l'un des trois éléments suivants :

  • l'orientation des particules ;

  • l'énergie des particules ;

  • la fréquence des collisions entre les particules.

Nous pouvons le faire de plusieurs manières différentes:

La surface

L'augmentation de la surface d'un solide accroît la vitesse de réaction. Cela est dû au fait qu'il y a plus de particules exposées à la surface du solide. Les particules liquides, aqueuses ou gazeuses peuvent entrer en collision avec ces particules solides exposées, ce qui peut provoquer une réaction. Ainsi, l'augmentation de la surface augmente la fréquence des collisions.

La concentration

L'augmentation de la concentration d'une solution accroît la vitesse de réaction. Cela est dû au fait qu'il y a un plus grand nombre de particules de soluté dans un volume donné, ce qui augmente la fréquence des collisions.

La pression

L'augmentation de la pression d'un gaz accroît la vitesse de réaction. Comme pour l'augmentation de la concentration, cela augmente le nombre de particules dans un volume donné et donc la fréquence des collisions.

La température

L'augmentation de la température d'une réaction augmente la vitesse de réaction. Cela s'explique par deux raisons. Le chauffage des particules leur fournit plus d'énergie. Une partie de cette énergie est transformée en énergie cinétique, ce qui signifie que les particules se déplacent plus rapidement. Cela signifie qu'elles entrent en collision plus fréquemment. Mais plus important encore, le fait d'avoir plus d'énergie signifie que les particules ont plus de chances d'atteindre l'énergie d'activation lorsqu'elles entrent en collision. Le chauffage d'une réaction augmente non seulement la fréquence des collisions, mais aussi la fréquence des collisions réussies.

Les catalyseurs

L'ajout d'un catalyseur augmente la vitesse de la réaction. Cela s'explique par le fait que les catalyseurs fournissent une autre voie de réaction avec une énergie d'activation plus faible. Bien qu'ils ne modifient pas la fréquence des collisions, les catalyseurs augmentent la proportion de collisions réussies.

Certains catalyseurs maintiennent également les particules en place, en les positionnant de manière à ce que les particules qui passent puissent entrer en collision avec elles. Cela garantit qu'elles ont la bonne orientation.

Graphiques cinétiques chimiques

Maintenant que nous savons ce qu'est la cinétique et que nous avons appris les facteurs qui influencent la vitesse de réaction, nous pouvons nous intéresser aux graphiques cinétiques. Il existe plusieurs types de graphiques différents que tu peux rencontrer en cinétique. Nous allons en examiner trois en particulier :

  • les diagrammes d'enthalpie ;

  • distributions de Maxwell-Boltzmann ;

  • graphique de la vitesse de réaction.

Diagrammes d'enthalpie

Un diagramme d'enthalpie est un graphique qui montre certaines caractéristiques d'une réaction, telles que l'énergie initiale des réactifs, l'énergie finale des produits et l'énergie d'activation. Les diagrammes d'enthalpie sont également connus sous le nom de profils énergétiques.

Regarde le graphique ci-dessous. Il s'agit d'un excellent exemple de diagramme d'enthalpie pour la formation du chlorure de sodium. Dans cette réaction, le sodium réagit avec du chlore gazeux pour produire le sel chlorure de sodium.

Cinétique chimique , diagramme enthalpique , StudySmarterFig.2- Un diagramme enthalpique pour le chlorure de sodium.

Le graphique nous apprend plusieurs choses :

  • Les produits ont moins d'énergie que les réactifs. Cela fait de la réaction une réaction exothermique - globalement, de l'énergie est libérée.

  • Il y a un pic dans la courbe entre les réactifs et les produits. Il s'agit de l'énergie d'activation dont nous avons parlé précédemment. Pour démarrer une réaction, les particules doivent entrer en collision avec suffisamment d'énergie pour franchir cette barrière énergétique.

Examinons maintenant le diagramme d'enthalpie d'une réaction endothermique. La réaction entre le carbonate de sodium et l'acide éthanoïque en est un exemple.

Cinétique chimique , diagramme enthalpique , StudySmarterFig.3- Un diagramme enthalpique pour la formation de l'éthanoate de sodium.

Note ce qui suit :

  • Les produits sont plus hauts sur le graphique que les réactifs. Cela signifie qu'ils ont plus d'énergie - globalement, la réaction est endothermique.
  • Il y a toujours un pic dans la courbe représentant l'énergie d'activation.

Revenons maintenant sur l'un des facteurs affectant la vitesse de réaction : la présence d'un catalyseur. Les catalyseurs réduisent les besoins en énergie d'activation d'une réaction. Comment penses-tu qu'ils modifient le diagramme d'enthalpie de la réaction ?

Eh bien, le pic sera plus bas. Rappelle-toi que le pic représente l'énergie d'activation. Donc, si l'énergie d'activation est plus faible, la hauteur du pic diminuera également. Tu peux le voir dans le graphique ci-dessous.

Cinétique chimique , Diagramme enthalpique catalyseur , StudySmarterFig.4- Un diagramme enthalpique pour une réaction avec et sans catalyseur.

Le point le plus élevé du graphique, au sommet du pic, est connu comme la phase de transition. À ce stade, toutes les liaisons entre les réactifs ont été rompues, mais de nouvelles liaisons ne se sont pas encore formées, et les molécules et les atomes existent sous forme d'intermédiaires instables. La rupture des liaisons est un processus endothermique, ce qui signifie qu'il nécessite de l'énergie, et c'est à cela que sert l'énergie d'activation.

Rends-toi sur Enthalpy Changes pour explorer les diagrammes d'enthalpie de manière plus détaillée.

Distributions de Maxwell-Boltzmann

Un autre type de graphique que l'on retrouve en cinétique est la distribution de Maxwell-Boltzmann.

La distribution de Maxwell-Boltzmann est une fonction de probabilité qui montre la répartition de l'énergie entre les particules d'un gaz idéal.

Les différentes particules d'un gaz ont des niveaux d'énergie différents. Certaines ont beaucoup d'énergie, tandis que d'autres n'en ont que très peu. La plupart ont une quantité moyenne d'énergie. Nous pouvons reporter ces niveaux d'énergie sur une distribution de Maxwell-Boltzmann, un graphique montrant le nombre de particules sur l'axe des y et l'énergie sur l'axe des x. Nous obtenons quelque chose qui ressemble un peu à ce qui suit. Tu remarqueras que trois points ont été marqués : l'énergie la plus probable, l'énergie moyenne et l'énergie d'activation.

Cinétique chimique , Distribution Maxwell-Boltzmann, StudySmarterFig.5- La distribution de Maxwell-Boltzmann.

Qu'est-ce que cela nous apprend ?

  • La zone sous le graphique représente le nombre total de particules dans le système.

  • L'énergie la plus probable est la valeur d'énergie du mode. C'est la valeur d'énergie particulière que possèdent le plus grand nombre de particules.

  • L'énergie moyenne est la valeur énergétique médiane. Exactement la moitié des particules ont une énergie supérieure à cette valeur et exactement la moitié des particules ont une énergie inférieure à cette valeur.

  • L'aire sous le graphique à droite de l'énergie d'activation représente le nombre de molécules qui atteignent ou dépassent l'énergie d'activation. Plus cette surface est grande, plus la proportion de collisions réussies est importante.

Tu peux explorer davantage ce type de graphiques dans la rubrique Distribution de Maxwell-Boltzmann. Tu pourras également voir comment des facteurs tels que la température et la présence d'un catalyseur influencent la distribution...

Graphiques de taux de réaction

Plus tôt dans l'article, nous avons exploré comment mesurer la vitesse d'une réaction. Pour ce faire, tu mesures l'évolution de la quantité de réactifs ou de produits au fil du temps. Nous allons maintenant nous concentrer sur la représentation graphique de ces informations.

Revenons à notre exemple du carbonate de sodium et de l'acide éthanoïque. Cette réaction produit du dioxyde de carbone gazeux, . Nous pouvons donc mesurer la vitesse de la réaction en mesurant le volume de dioxyde de carbone dégagé. Pour ce faire, nous utilisons une seringue à gaz, nous effectuons des relevés à intervalles réguliers et nous les enregistrons dans un tableau. Nous pouvons ensuite reporter ces points sur un graphique avec le temps sur l'axe des abscisses et le volume sur l'axe des ordonnées. Idéalement, tes points de données doivent présenter une courbe régulière.

Cinétique chimique , graphique de la vitesse de réaction , StudySmarterFig.6- Un graphique montrant le volume de gaz dégagé en fonction du temps. Il s'agit d'une mesure de la vitesse de la réaction.

Note ce qui suit :

  • La courbe commence par être raide. Cela signifie qu'une grande quantité de produit est produite très rapidement et que la vitesse de réaction est initialement rapide.

  • La courbe se stabilise progressivement. Cela signifie que le produit est fabriqué moins rapidement et que la vitesse de réaction est donc plus lente.

  • La courbe finit par se stabiliser complètement. À ce stade, plus aucun produit n'est fabriqué - la réaction est terminée. Ici, cela se produit au bout de 80 secondes.

Taux de réaction global

Rappelle-toi que la vitesse de réaction est une mesure de la rapidité avec laquelle les réactifs sont utilisés ou les produits formés dans une réaction chimique. Ici, nous avons mesuré le volume d'un produit libéré, . Pour calculer la vitesse globale de réaction, nous divisons le changement de volume de par le temps nécessaire pour que la réaction se termine. Ici, la réaction s'arrête au bout de 80 secondes - après cela, il n'y a plus de production.

Cinétique chimique , calcul de la vitesse de réaction , StudySmarterFig.7- Calcul de la vitesse globale de la réaction.

La vitesse globale de la réaction est donc 26 ÷ 80 = 0.325 cm3 s-1

Pour trouver les unités du taux de réaction, regarde les unités des deux variables que tu mesures. Ici, nous mesurons le volume en cm3 et le temps en seconds s. L'équation de la vitesse de réaction est volume ÷ temps. Si nous substituons les unités dans cette équation, nous obtenons cm3 ÷ s = cm3 s-1.

Taux de réaction instantané

Parfois, tu ne souhaites pas trouver la vitesse globale de la réaction, mais plutôt calculer la vitesse à un moment précis. Pour ce faire, il faut tracer une tangente à la courbe au moment voulu et calculer sa pente.

Supposons que tu souhaites déterminer le taux de réaction à 10 secondes.

  1. Commence par tracer une tangente à la courbe à 10 secondes. Il s'agit d'une ligne droite qui touche la courbe au bout de 10 secondes.

  2. Ensuite, marque deux points quelconques sur la tangente. Ici, nous avons choisi les points où t (temps) = 0 et t = 30.

  3. Calcule le changement de hauteur de la tangente entre ces deux points. Dans notre cas, la hauteur représente le volume. Pour ce faire, tu dois soustraire le volume à t = 0 du volume à t = 30, en utilisant les valeurs de la tangente et non de la courbe elle-même. Ici, 28-5=23 cm3

  4. Calcule le changement de largeur du graphique entre ces deux points. Ici, 30 -0 = 30 s.

  5. Trouve la pente de la tangente en divisant la variation de la hauteur par la variation de la largeur. Ici 23 ÷ 30 = 0.77 cm3 s-1

Voici un diagramme du calcul pour t'aider à comprendre le processus.

Cinétique chimique , calcul de la vitesse de réaction , StudySmarter

Cinétique chimique : détermination de l'ordre

Nous allons maintenant nous intéresser aux équations de la cinétique chimique. Celles-ci comprennent :

  • les équations différentielles ;
  • les équations de taux ;
  • l'équation d'Arrhenius.

Équations différentielles et équations de taux

Les équations différentielles sont des équations contenant une variable et une ou plusieurs de ses dérivées.

Prenons le réactif A. Nous pouvons représenter sa concentration par [A]. En termes mathématiques, la variation de sa concentration est la dérivée de [A] :\(\frac{d{A}}{dt}\).

Mais tu te souviens que le taux de réaction est simplement le changement de la quantité de réactifs ou de produits.

Par conséquent,\(\frac{d{A}}{dt}\) est simplement une façon de représenter la vitesse de réaction.

En cinétique chimique, nous utilisons des équations différentielles pour montrer comment la vitesse de réaction, \(\frac{d{A}}{dt}\) , dépend de la concentration de A, [A], à un instant donné. Un exemple d'équation différentielle que tu dois connaître est l'équation de vitesse.

L'équation de vitesse d'une réaction chimique est une équation qui relie la vitesse de la réaction aux concentrations des espèces impliquées dans la réaction.

Nous avons vu précédemment comment la concentration affecte la vitesse d'une réaction. Cependant, cet effet n'est pas toujours linéaire. Parfois, la modification de la concentration d'un produit particulier n'a qu'un faible effet sur la vitesse de la réaction. Parfois, elle a un effet important, et parfois elle n'a pas d'effet du tout. L'équation de vitesse relie les concentrations des réactifs à la vitesse de la réaction à l'aide de puissances, appelées ordres, et d'une constante de vitesse, k. Elle prend généralement la forme suivante :

Ordre=k{A}x{B}y

Note ce qui suit :

  • k est la constante de vitesse, une valeur qui varie pour chaque réaction.
  • [A] représente la concentration de A.
  • x représente l'ordre de la réaction par rapport à A.
  • x + y est égal à l'ordre total de la réaction.

Les équations de vitesse sont un sujet important. Tu en apprends davantage à ce sujet dans Equations de vitesse.

L'équation d'Arrhenius

Nous savons que la modification de la concentration de certaines des espèces impliquées dans une réaction peut changer la vitesse de la réaction. Mais qu'en est-il des autres facteurs qui affectent la vitesse de réaction, comme la température ? Tous ces facteurs sont astucieusement combinés dans la constante de vitesse, k. Cependant, k n'est constant que si la température et le catalyseur restent identiques. C'est ce que montre l'équation d'Arrhenius, qui lie k à plusieurs autres facteurs.

L'équation d'Arrhenius est une équation qui établit une relation entre la constante de vitesse, la température absolue, l'énergie d'activation et le facteur pré-exponentiel.

Voici à quoi ressemble l'équation d'Arrhenius :

Cinétique chimique ,équation d'Arrhenius , StudySmarterDans cette équation :

k est la constante de vitesse.

A est le facteur pré-exponentiel.

e est le nombre d'Euler.

Ea est l'énergie d'activation de la réaction que tu étudies.

R est la constante des gaz, que tu rencontreras également dans la loi des gaz idéaux.

T est la température.

Globalement, l'expressionCinétique chimique , énergie d'activation , StudySmarter fournit une approximation du nombre de particules d'un gaz qui répondent à l'énergie d'activation de la réaction à une certaine température. (Voir la loi des gaz parfaits pour en savoir plus sur ce sujet).

À l'aide de cette équation, nous pouvons clairement voir comment le changement de certaines conditions modifie la vitesse de la réaction. Par exemple, l'augmentation de la température accroît la valeur de Cinétique chimique , énergie d'activation , StudySmarter, le nombre de particules qui atteignent ou dépassent l'énergie d'activation de la réaction. Cela a pour effet de rendre k plus grand. La vitesse de réaction dépend de k, donc globalement, la vitesse de réaction augmente.

Applications de la cinétique chimique

Tu peux imaginer que le contrôle de la vitesse d'une réaction a de nombreuses utilisations différentes. Par exemple, tu peux vouloir ralentir la désintégration d'un produit ou augmenter la vitesse d'une réaction industrielle. La cinétique chimique a donc de nombreuses applications. En voici quelques-unes :

  • Le stockage des médicaments et des produits pharmaceutiques pour augmenter leur durée de conservation.

  • L'ajout de conservateurs aux aliments pour éviter qu'ils ne se détériorent.

  • Le choix du meilleur catalyseur pour les processus industriels.

  • Le choix de la température optimale pour la cuisson des biscuits et des gâteaux.

  • La datation au radiocarbone.

Cinétique : Points clés

  • La cinétique chimique est une branche de la chimie physique qui s'intéresse à la vitesse des réactions chimiques.
  • La vitesse de réaction est une mesure de la rapidité avec laquelle les réactifs sont utilisés ou les produits formés dans une réaction chimique. En d'autres termes, il s'agit de la variation de la concentration des réactifs ou des produits au fil du temps.
  • La cinétique chimique est basée sur la théorie des collisions. La théorie des collisions stipule que les particules doivent entrer en collision avec une orientation correcte et une énergie suffisante pour pouvoir réagir.
  • Les facteurs qui influencent la vitesse de réaction sont la température, la pression, la concentration, la surface et la présence d'un catalyseur.
  • Un diagramme d'enthalpie est un graphique qui montre certaines caractéristiques d'une réaction, telles que l'énergie initiale des réactifs, l'énergie finale des produits et l'énergie d'activation.
  • La distribution de Maxwell-Boltzmann est une fonction de probabilité qui montre la répartition de l'énergie entre les particules d'un gaz idéal.
  • Pour calculer la vitesse de réaction, on trace un graphique de la variation de la quantité de produit ou de réactif en fonction du temps, et on calcule le gradient de la courbe.
  • L'équation de vitesse d'une réaction chimique est une équation qui relie la vitesse de la réaction aux concentrations des espèces impliquées dans la réaction.
  • L'équation d'Arrhenius est une équation qui fournit une relation entre la constante de vitesse, la température absolue, l'énergie d'activation et le facteur pré-exponentiel.
  • Les applications de la cinétique chimique comprennent les conservateurs pour les aliments et les médicaments et l'utilisation de catalyseurs pour accélérer les réactions industrielles.

Questions fréquemment posées en Cinétique chimique

Lors d'une réaction chimique, le passage d'un état initial à un état final ne se fait pas instantanément. la cinétique chimique permet d'établir des lois de vitesse, de proposer des mécanismes réactionnels des réactions chimiques.

L'ordre global d'une réaction chimique correspond à la somme des ordres de chacun de ses réactifs. Pour determiner l'ordre d'une réaction, il faut passer par la loi de vitesse. On dit alors que la réaction admet un l'ordre. L'ordre de la réaction est la somme des exposants.

On peut mesurer la vitesse de réaction de plusieurs manières differentes. Toutes les méthodes sont valables, à condition que tu mesurerais la variation des quantités de réactifs ou de produits.Pour calculer la vitesse de réaction tu dois mesurer le gradient de la courbe

La cinétique est l'étude de l'évolution dans le temps des systèmes chimiques.

On augmente la vitesse d'une réaction cinétique en augmentant la température du système, la concentration d'un réactif, leur surface de contact, et finalement la présence d'un catalyseur.

Questionnaire final de Cinétique chimique

Question

Quels sont les axes d'une courbe de distribution Maxwell-Boltzmann ?

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Réponse

Axe des Y : nombre de molécules 


Axe des X : quantité d'énergie moléculaire

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la cinétique chimique ?

Montrer la réponse

Réponse

La cinétique chimique est une branche de la chimie qui cherche à comprendre comment les taux des réactions chimiques peuvent être influencés.

Montrer la question

Question

La réactivité des agents chimiques est le seul facteur permettant de déterminer la vitesse d'une réaction chimique. Vrai ou faux ?

Montrer la réponse

Réponse

Faux. Il y a d'autres facteurs expérimentaux à prendre en compte lorsqu'on essaie de déterminer la vitesse à laquelle une réaction va se produire.

Montrer la question

Question

Comment appelle-t-on l'étude de la vitesse des réactions chimiques ?

Montrer la réponse

Réponse

Cinétique, ou cinétique chimique, ou cinétique des réactions. 

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la théorie des collisions ? 

Montrer la réponse

Réponse

La théorie des collisions stipule que la vitesse d'une réaction chimique est proportionnelle au nombre de collisions entre les molécules réactives.

Montrer la question

Question

 Qu'est-ce qu'une collision efficace ?

Montrer la réponse

Réponse

Une collision effective est une collision qui entraîne une réaction chimique.

Montrer la question

Question

Quelle est l'énergie d'activation ?

Montrer la réponse

Réponse

Il s'agit de l'énergie cinétique minimale requise par une molécule réactive pour qu'une réaction se produise.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la distribution de Maxwell-Boltzmann ? 

Montrer la réponse

Réponse

La distribution de Maxwell-Boltzmann est une distribution de probabilité qui montre comment les vitesses des molécules sont distribuées pour un gaz idéal.


Montrer la question

Question

La température peut influencer la forme de la courbe de Maxwell-Boltzmann. Vrai ou faux ?

Montrer la réponse

Réponse

Vrai. Les variations de température peuvent modifier la forme d'une courbe de distribution Maxwell-Boltzmann. Comme les molécules ont moins d'énergie cinétique à basse température, les vitesses des molécules sont plus faibles et la distribution a une plus petite amplitude. Lorsque la température des molécules augmente, la distribution s'aplatit et les vitesses des molécules sont plus importantes. 

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'un facteur cinétique ? 

Montrer la réponse

Réponse

Un facteur cinétique est un paramètre qui modifie l'évolution temporelle d'un système chimique, en accélérant ou en ralentissant une réaction chimique. 

Montrer la question

Question

Quelles sont les variables que l'on peut manipuler afin d'accélérer les réactions ?

Montrer la réponse

Réponse

Un certain nombre de variables expérimentales influencent la vitesse d'une réaction, comme la température, la pression, la concentration et l'utilisation de catalyseurs. 

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que la théorie des collisions ?

Montrer la réponse

Réponse

Pour qu'une réaction se produise, les particules réactives, atomes ou molécules, doivent entrer en collision et interagir entre elles d'une manière ou d'une autre : c'est la théorie de la collision. La théorie des collisions stipule que la vitesse d'une réaction chimique est proportionnelle au nombre de collisions entre les molécules réactives. Plus les molécules réactives entrent en collision, plus elles réagissent les unes avec les autres, et plus la réaction est rapide.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'une collision efficace ?

Montrer la réponse

Réponse

Seule une petite fraction des collisions entraîne une réaction chimique : ce sont les collisions efficaces. Inversement, les collisions inefficaces n'entraînent pas de réaction chimique. 

Montrer la question

Question

Comment la température affecte-t-elle une réaction chimique ?

Montrer la réponse

Réponse

À basse température, les molécules ont moins d'énergie cinétique. Lorsque la température des molécules augmente, leur énergie cinétique augmente également, ce qui signifie que les molécules se déplacent plus rapidement. Une légère augmentation de la température entraîne une forte augmentation du nombre de molécules dont l'énergie cinétique est supérieure à l'énergie d'activation, ce qui signifie que la vitesse de la réaction augmente. 

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'une réaction exothermique ?

Montrer la réponse

Réponse

Lorsque l'énergie est transférée dans l'environnement, on parle de réaction exothermique, et la température de l'environnement augmente. Le niveau d'énergie diminue dans une réaction exothermique. Cela s'explique par le fait que l'énergie thermique est transmise à l'environnement. Pour cette raison, une réaction est également dite exothermique lorsque l'énergie du ou des produits est inférieure à celle des réactifs.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'une réaction endothermique ?

Montrer la réponse

Réponse

Lorsque l'énergie est absorbée par l'environnement, on parle de réaction endothermique et la température de l'environnement diminue. Le niveau d'énergie augmente dans une réaction endothermique. Ceci est dû au fait que l'énergie thermique est absorbée par l'environnement. Pour cette raison, une réaction est également dite endothermique lorsque l'énergie du ou des produits est supérieure à celle des réactifs. 

Montrer la question

Question

Qu'est-ce que l'enthalpie ?  

Montrer la réponse

Réponse


L'enthalpie est une mesure de la quantité de chaleur absorbée ou libérée lors d'une réaction chimique. Elle est calculée en soustrayant l'énergie des réactifs de l'énergie des produits.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'un catalyseur ?

Montrer la réponse

Réponse

La catalyse est le processus qui consiste à augmenter la vitesse d'une réaction chimique en ajoutant une substance appelée catalyseur. Les catalyseurs ne sont pas consommés dans la réaction et restent inchangés après celle-ci.

Montrer la question

Question

Comment un catalyseur réduit-il l'énergie d'activation d'une réaction ? 

Montrer la réponse

Réponse

Un catalyseur peut réduire l'énergie d'activation d'une réaction en :




Fournissant une surface sur laquelle les réactions peuvent avoir lieu. Les molécules des réactifs sont alors orientées selon un angle favorable aux collisions, ce qui augmente la probabilité de collisions réussies et accélère donc la réaction. 

Réagissant avec un ou plusieurs réactifs pour former des intermédiaires qui nécessitent moins d'énergie pour former le produit final de la réaction, régénérant ainsi le catalyseur et augmentant la vitesse de la réaction. 

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qui est nécessaire pour qu'une réaction chimique se produise ?

Montrer la réponse

Réponse

Pour qu'une réaction chimique ait lieu, les molécules réactives doivent entrer en collision. Plus elles entrent en collision, plus la réaction est rapide. Cette théorie est également connue sous le nom de théorie des collisions.

Montrer la question

Question

Qu'est-ce qu'une collision efficace ? 

Montrer la réponse

Réponse


Une collision effective est une collision qui entraîne une réaction chimique. Cela signifie que toutes les collisions ne participent pas à la réaction. En effet, une collision n'est efficace que si les particules entrent en collision avec une énergie suffisante. 

Montrer la question

Question

Le procédé de contact est utilisé pour produire quel produit chimique ?

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Réponse

Acide chlorhydrique

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Question

Qu'est-ce qu'un catalyseur ?

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Réponse

Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction chimique sans en modifier la composition chimique ou la quantité.

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Question

Qu'est-ce qu'un catalyseur hétérogène ?

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Réponse

Un catalyseur hétérogène est dans une phase différente de celle des réactifs. La réaction se produit sur des sites actifs à la surface du catalyseur.

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Question

Quel catalyseur est utilisé dans le procédé Haber ?

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Réponse

Zinc

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Question

Les procédés Haber et Contact sont des exemples de quel type de catalyse ?

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Réponse

Catalyse homogène

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Question

Quelles sont les étapes de la théorie de l'adsorption de surface ?

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Réponse

  1. Adsorption : les réactifs se fixent sur les sites actifs de la surface du catalyseur.
  2. Réaction : la réaction a lieu alors que les réactifs sont fixés aux sites actifs.
  3. Désorption : les produits se détachent de la surface du catalyseur.

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Question

Qu'est-ce qu'un catalyseur homogène ?

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Réponse

Un catalyseur homogène est dans la même phase que les réactifs.

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Question

Qu'est-ce qu'un catalyseur homogène ?

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Réponse

Un catalyseur homogène est dans la même phase que les réactifs.

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Question

 Quel catalyseur est utilisé dans le processus de contact ?

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Réponse

Oxyde de vanadium (V)

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Question

Décris le cycle redox de l'oxyde de vanadium(V) qui a lieu dans le processus de contact.

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Réponse

  • Étape 1 : Le dioxyde de soufre s'adsorbe sur l'oxyde de vanadium (V). Une réaction d'oxydoréduction se produit lorsque le vanadium est réduit de +5 à +4. Le trioxyde de soufre se désorbe.



  • Étape 2 : Une autre réaction d'oxydoréduction se produit lorsque l'oxygène réagit sur la surface du catalyseur. L'oxyde de vanadium(IV) est oxydé à nouveau à +5. Le catalyseur original, V2O5, est régénéré.


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Question

Comment se déroule la catalyse homogène ?

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Réponse

En catalyse homogène, la réaction se déroule par l'intermédiaire d'une espèce intermédiaire.

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Question

Qu'est-ce que l'autocatalyse ?

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Réponse

On parle d'autocatalyse lorsqu'un processus est catalysé par l'un des produits de la réaction.

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Question

Identifie les espèces intermédiaires dans le cycle d'oxydoréduction suivant :


2Fe3+ + 2I- ➔ 2Fe2+ + I2


S2O82- + 2Fe2+ ➔ 2SO42- + 2Fe3+

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Réponse


Fe2+

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Question

Écris deux équations pour montrer comment les ions Mn2+ autocatalysent la réaction entre les ions manganate négatifs (MnO4-) et les ions éthanedioate négatifs (5C2O42-).

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Réponse

4Mn2+ (aq) + MnO4- (aq) + 8H+ (aq) → 5Mn3+ (aq) + 4H2O (aq)




2Mn3+ (aq) + C2O42- (aq) → 2CO2 (g) + 2Mn2+ (aq)

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Question

Rédige deux équations pour montrer comment l'oxyde de vanadium (V) catalyse la réaction entre le dioxyde de soufre et l'oxygène dans le processus de contact.

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Réponse

SO2 + V2O5 ➔ SO3 + V2O4


V2O4 + ½O2 ➔ V2O5

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Question

 Un_______ comprend une série de deux ou plusieurs réactions élémentaires (ou étapes élémentaires) qui peuvent être additionnées pour donner une réaction chimique globale. 

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Mécanisme de réaction

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Question

Vrai ou faux : Les réactions élémentaires peuvent être unimoléculaires, bimoléculaires ou termoléculaires.

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Vrai

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Question

Les réactions élémentaires_______ ne comportent qu'une seule molécule réactive impliquée dans cette étape. 

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Bimoléculaire

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Question

Les réactions élémentaires bimoléculaires impliquent _____ molécules réactives.

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Réponse

deux

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Question

______ Les réactions élémentaires sont très rares.

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Unimoléculaire

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Question

Un _______ est une molécule qui est générée au cours d'une réaction et qui est consommée dans une étape ultérieure.

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Réponse

catalyseur

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Question


Pour qu'une réaction se produise avec succès, les molécules réactives doivent entrer en collision dans l'orientation appropriée et avec suffisamment de _______.

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température

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Question

Dans un profil énergétique,  _____ est la différence d'énergie entre l'enthalpie de départ des réactifs et l'état de transition.


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Réponse

état de transition

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Question

_____ est le point du profil énergétique qui indique la quantité d'énergie que les particules doivent avoir pour pouvoir rompre les liaisons et réussir à réagir.

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énergie d'activation 

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Question

Vrai ou faux : Dans une loi de vitesse, la somme des exposants des concentrations des réactifs nous donne l'ordre global de la réaction.

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Faux

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Question

La loi de vitesse d'un(e) _______ peut être écrite en regardant les coefficients de l'équation chimique équilibrée.

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Réponse

réaction élémentaire

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Question

La loi de vitesse d'un mécanisme de réaction dépend de  _______.

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Étape déterminant la vitesse

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Question

 Formule pour le changement d'enthalpie :

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Réponse

$$ \Delta H = H_{produits}-H_{réactifs} $$

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Question

Dans les réactions exothermiques, les produits ont ____ énergie que les réactifs.

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Réponse

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