Série 2 2 Bac SM [PDF]

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Série n° 2 : Le suivi temporel d’une transformation chimique et vitesse de réaction classes : 2BAC-SMA et SMB

Exercice 1 La transformation chimique entre l’aluminium Al et la solution aqueuse de l’acide chlorhydrique (H3O+ (aq) + Cl(aq)) qu’on peut modéliser avec réaction chimique d’équation : Pour réaliser cette transformation on mit dans un ballon un morceau d’aluminium de masse m0 puis on lui ajoute à l’instant t=0 un volume V=100 mL de l’acide chlorhydrique de concentration C. Le suivi cinétique de cette transformation est réalisé à température et pression constante par mesure à chaque instant t le volume V(H2) volume du gaz dihydrogène formé, puis on déduit la masse d’aluminium restante, les résultats obtenus nous a permis de tracer la courbe ci-contre. 1. Dresser le tableau d’avancement de la réaction mise en jeu entre l’aluminium et l’acide chlorhydrique. 2. Montrer par calcul que le mélange initial n’est pas stœchiométrique et déduire le réactif limitant. 3. Calculer la concentration C de l’acide chlorhydrique. 4. Montrer que la masse d’aluminium restante à l’instant t1/2 s’écrit : m1/2 = (m0 + mf) /2,tel que mf la masse finale de l’aluminium restante. Déterminer la valeur de t1/2. 5. Montrer que l’expression de la vitesse volumique de la réaction s’écrit : , et déterminer sa valeur à l’instant t= 3 min.

Exercice 2 - La réaction de la poudre d’aluminium avec l’acide chlorhydrique (H3O+ (aq) + Cl- (aq)) est une réaction lente et totale. - les couples mise en jeu Al3+/Al ; H3O+/H2 Deux groupes d’élèves ont réaliser deux expériences Groupe I : Les élèves ont mélangé à t=0 une masse m0 = 270 mg de la poudre d’aluminium et un volume V= 100 mL de la solution de chlorure d’hydrogène de concentration C=0,06 mol.l-1 , et ont suivi la transformation chimique par mesure de conductivité du mélange réactionnel. 1. Ecrire l’équation de la réaction chimique 2. Dresser le tableau d’avancement, et déduire l’avancement maximale xmax et déduire le réactif limitant. 3. Calculer la conductivité σ0 de la solution à l’état initial. 4. Donner l’expression de la conductivité σ à l’instant t en fonction σ0 et λH3O+ et λAl3+ et l’avancement. 5. les deux courbes donnent l’évolution de (σ- σ0) en fonction de l’avancement x (schéma 1) et l’évolution de σ en fonction du temps (schéma 2).

Série n° 2 : Le suivi temporel d’une transformation chimique et vitesse de réaction classes : 2BAC-SMA et SMB 5.1. déterminer la conductivité de la solution en état final σmax. 5.2. Montrer que la conductivité molaire ionique d’ion Al3+ vaut 18 mS.m2.mol-1. 5.3. Montrer que à t1/2 la conductivité s’exprime σ1/2=( σ0+ σf)/2, puis déterminer la valeur de t1/2. 5.4. Calculer la vitesse volumique de la réaction à l’instant t=0. On donne : M(Al) = 27 SI ; λH3O+= 35 mS.m2.mol-1 ; λCl-= 7,63 mS.m2.mol-1. Groupe 2 : Les élèves de ce groupe ont mélangé un volume V=100 mL de la solution de l’acide chlorhydrique de concentration C=0,06 mol.L-1, et un volume d’eau Ve et une masse m0= 270 mg d’aluminium, et à la même température que le premier groupe. Les élèves du deuxième groupe ont suivi la réaction par mesure du volume du gaz dihydrogène formé en différentes dates, dans les conditions où le volume molaire Vm = 24 SI. Les résultats obtenus ont permis aux élèves de tracer la courbe d’évolution de V(H2) = f(t) (schéma 3). 1. Trouver la valeur de t1/2. 2. Montrer que la vitesse volumique s’exprime par la relation suivante : 3. les élèves de ce groupe ont réçusde la part du prof, une courbe (schéma 4) de la même expérience, obtenue par la méthode du dosage des ions oxonium (H3O+(aq)) restants dans le mélange réactionnel. Le prof a demandé des élèves de déterminer le volume Ve d’eau utilisé, et de vérifier la valeur du volume molaire dans les conditions de l’expérience. 4. Calculer la vitesse volumique de la réaction à t=0, puis la comparer avec celle calculer par le premier groupe. Commenter ?

Exercice 3 Au cours du suivi cinétique d’une transformation chimique entre le métal de zinc (Zn) et l’acide nitrique HNO3 modélisée par la réaction chimique d’équation : Zn (s) + 2H3O+ (aq) → Zn2+ (aq) + H2 (g) + H2O (l) On a introduit 650 mg de la poudre de zinc dans un ballon contient un volume V= 75,0 mL de la solution aqueuse de l’acide nitrique de concentration C. 1) le suivi cinétique de la transformation nous permis de tracer la courbe de variation du rapport en fonction du temps (schéma 4). 1.a) A l’aide du tableau d’avancement, écrire l’expression de y en fonction de C, V, et x. 1.b) Déterminer le réactif limitant et la concentration molaire C et le temps de demi-réaction t1/2. 1.c) Montrer que l’expression de la vitesse volumique de réaction s’écrit . Puis calculer sa valeur en t1/2. 1.d) Déterminer la composition du mélange réactionnel . 2) Expliquer ce qui va se passer si on n’a pas utilisé le bain marie. Données : M(Zn) = 65 g.mol-1

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Exercice 4 L’éthanoate d’éthyle C4H8O2 est un liquide transparent capable de réagir avec la solution de soude (Na+ (aq) +HO(aq)) selon la réaction d’équation suivante : C4H8O2 (l) + HO (aq) → C2H3O2 (aq) + C2H6O (aq) A t=0, on mélange dans un bêcher un volume de l’éthanoate d’éthyle et un volume de la soude pour avoir un volume total V0= 1L, où la concentration des espèces chimiques égale à C0= 10mmol.L-1. 1. Dresser le tableau d’avancement de la réaction 2. La cinétique de la réaction est suivie par mesure de conductance G. 2.1. Montrer que la conductance du mélange réactionnel s’écrit : Tel que K : constante de cellule conductimétrique, α et β deux constante a déterminées ? 2.2. Exprimer l’avancement maximale en fonction de C0 et V0 ? 2.3. Exprimer la conductance initiale G0 et la conductance finale Gf de mélange en fonction de V0, C0, K, α et β. 4.1. on donne l’expression suivante , Trouver que l’avancement x peut être exprimer par : x= C0V0.(y0-y) Avec y0 et la valeur de y à t=0. 4.2. En mesurant la valeur de y dans des dates différentes de la durée de transformation chimique on a pu tracer la courbe d’évolution de x = f(t) : a. justifier l’allure de cette courbe de point de vue cinétique. b. déterminer le temps de demi-réaction.

Exercice 5 -

Les ions iodures (I ) réagit avec les ions peroxodisulfate (S2082-) selon la réaction d’équation : S2082-(aq) + I- (aq) → SO42- (aq) + I2 (aq) À t=0 on mélange dans un bêcher, un volume V1= 500 mL de la solution de peroxodisulfate de potassium (2K+(aq) + S2O82-(aq)) de concentration en soluté C1= 0,02 mol.l-1, avec un volume V2=500 mL de la solution d’iodure de potassium (K+(aq) + I- (aq)) de concentration molaire en soluté C2=0,03 mol.l-1, et on suit l’apparition de diiode (I2) au cours du temps. 1. Construire le tableau d’avancement de système chimique ? 2. Calculer les quantités des matières des réactifs à l’état initial, Xmax et déduire le réactif limitant ? 3. Calculer la concentration molaire finale de diiode à l’état final ? 4. La concentration de diiode peut être exprimer en fonction du temps t par la relation suivante : ; tel que α et k deux constantes. a. Calculer la valeur de α ? b. trouver l’expression de la vitesse volumique de la réaction. c. En déduire son expression à t=0, puis calculer sa valeur.