Documents de Physique-Chimie – M. MORIN

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TP 2 : Paramètres influençant l’évolution temporelle d’une réaction chimique. Correction

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Éval

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par

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Compétences évaluées

Indicateurs de réussite A B C D

Communiquer

8

Savoir présenter un tableau de valeurs, clair et propre. Les grandeurs et les unités apparaissent clairement. Les résultats sont présentés avec leurs unités. Savoir rédiger un protocole pour mettre en évidence l’influence d’un facteur cinétique.

Réaliser

4

Savoir déterminer graphiquement la valeur du temps de demi-réaction à partir de sa définition. Savoir tracer un graphique accompagné d’une modélisation à main levée.

Analyser 8

Savoir effectuer une analyse comparative. - Savoir justifier l’utilisation de la méthode conductimétrique. - Comparaison par rapport au témoin. - Comparaison des facteurs cinétiques entre eux. - Analyse de l’influence des différents facteurs cinétiques. - Présentation d’un protocole permettant d’augmenter

significativement la vitesse de réaction avec la mise en œuvre de plusieurs facteurs cinétiques.

Note (en point entier)

/ 20 points

1. Comment pourriez-vous, mesurer la vitesse de cette réaction par conductimétrie.

Une mesure conductimétrique permet de visualiser l’apparition d’ions dans la solution. L’apparition des ions oxonium H3O+ et des ions chlorure Cl-, augmente la conductivité de la solution.

La vitesse de réaction peut s’écrire par exemple v = 𝑑[𝐻3𝑂

+]

𝑑𝑡

La conductivité est proportionnelle à la concentration des ions présents dans la solution.

On tracera le graphique = f(t) et on en déduira le temps demi-réaction.

2. Quels paramètres peuvent influer sur la vitesse de cette réaction ?

- La température influe sur la vitesse. - La concentration du réactif. - La nature du solvant.

3. Comment étudier l’influence de chacun de ces paramètres ? Proposer des protocoles.

3.1. Influence de la température.

Expérience n°1 témoin : Dans un bécher de 200 mL, introduire 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50. Ajouter à la date t0 = 0 s, 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Mesurer la conductivité de la solution toutes les 30 secondes.

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Expérience n°2 à température élevée : Préparer dans un bécher de 500 mL, un bain marie à une température stabilisée de 40°C. Plonger un bécher de 200 mL, contenant 100 mL de solvant eau-éthanol 50/50 dans le bain marie. Attendre que la température soit stabilisée. Ajouter à la date t0 = 0 s, 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Mesurer la conductivité de la solution toutes les 30 secondes.

3.2. Influence de la concentration du réactif. Expérience n°3 avec un volume de 0,3 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Dans un bécher de 200 mL, introduire 100 mL de solvant eau-éthanol 50/50. Ajouter à la date t0 = 0 s, 0,3 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Mesurer la conductivité de la solution toutes les 30 secondes. Expérience n°4 avec un volume de 0,5 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Dans un bécher de 200 mL, introduire 100 mL de solvant eau-éthanol 50/50. Ajouter à la date t0 = 0 s, 0,5 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Mesurer la conductivité de la solution toutes les 30 secondes.

3.3. Influence du solvant. Expérience n° 5 avec une proportion 80/20 du solvant eau/éthanol. Dans un bécher de 200 mL, introduire 100 mL de solvant eau/éthanol 80/20. Ajouter à la date t0 = 0 s, 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Mesurer la conductivité de la solution toutes les 30 secondes. Expérience n° 6 : avec une proportion 70/30 du solvant eau/éthanol. Dans un bécher de 200 mL, introduire 100 mL de solvant eau/éthanol 70/30. Ajouter à la date t0 = 0 s, 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. Mesurer la conductivité de la solution toutes les 30 secondes.

Résultats

Groupe Conditions expérimentales Facteur étudié Temps demi-réaction t1/2

1

Température ambiante T = 29°C 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50.

Témoin

12 min 30 s

2

Température stabilisée de 40°C. 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50.

Température

3 min 30 s

3 Température stabilisée de 50°C. 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50.

Température

2 min

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3

4

Température ambiante T = 29°C 0,3 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50.

Concentration

10 min 30 s

5

Température ambiante T = 29°C 0,5 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50.

Concentration

9 min 50 s

6

Température ambiante T = 29°C 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 80/20.

Solvant

1 min 10 s

7

Température ambiante T = 29°C 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 70/30.

Solvant

3 min 30 s

On notera que l’on ne fait varier qu’un paramètre, les autres restants identiques. Les mesures ont effectuées toutes les 30 secondes pendant les 10 premières minutes, puis toutes les 5 min. Interprétation :

- L’étude comparative s’effectue par rapport au témoin 1.

- Une élévation de température augmente significativement la vitesse de réaction. t1/2 (29°C) > t1/2 (40°C) > t1/2 (50°C) L’élévation de température entraine une agitation moléculaire favorisant les chocs efficaces entre les molécules.

- La nature du solvant semble être également pour cette expérience, un facteur cinétique influent (eau/éthanol).

t1/2 (50/50) > t1/2 (80/20) > t1/2 (70/30) Un solvant polaire favorise la formation et la séparation des charges. L’eau étant plus polaire que l’éthanol favorise les chocs entre les molécules. Elle est ainsi plus rapide.

- L’élévation de la concentration en 2-chloro-2-méthylpropane à 10% entraine une légère augmentation de la vitesse. Hypothèse : La variation de concentration de 2-chloro-2-méthylpropane est peu significative car le volume d’eau est très important au volume de 2-chloro-2-méthylpropane introduit.

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Exemple d’évolution pour le groupe étudiant l’influence de la température

Température stabilisée de 40°C. 0,2 mL de 2-chloro-2-méthylpropane à 10%. 100 mL de solvant eau/éthanol 50/50.