Suivre et modéliser l'évolution temporelle d'un système siège d'une transformation chimique (cinétique chimique)

1. Définir un facteur cinétique et donner les deux du programme.
2. Définir un catalyseur. Pourquoi n'apparaît-il pas dans l'équation ?
3. Définir le temps de demi-réaction.
4. Quelles sont les deux conditions pour qu'un choc soit efficace ?

Pour chacune des situations, identifier le facteur cinétique mis en jeu et justifier qualitativement l'effet observé :

1. Le lait se conserve plus longtemps au réfrigérateur qu'à température ambiante.
2. On utilise une cocotte-minute pour cuire les aliments plus vite.
3. Pour ralentir l'évolution d'un mélange réactionnel, on ajoute de l'eau distillée.
4. Une bûche de bois brûle plus vite si on la coupe en petits morceaux.

On suit l'évolution d'un produit P d'une réaction par spectrophotométrie. À l'instant $t_1 = 0\;\text{s}$, on mesure $[\text{P}](t_1) = 0$. À $t_2 = 60\;\text{s}$, $[\text{P}](t_2) = 1{,}2 \times 10^{-3}\;\text{mol·L}^{-1}$. À $t_3 = 120\;\text{s}$, $[\text{P}](t_3) = 2{,}0 \times 10^{-3}\;\text{mol·L}^{-1}$.

1. Calculer la vitesse moyenne d'apparition de P entre t₁ et t₂.
2. Calculer la vitesse moyenne d'apparition de P entre t₂ et t₃.
3. Comparer ces deux vitesses. Que peut-on conclure sur l'évolution de la réaction ?

La réaction entre le monoxyde d'azote NO et le dihydrogène H₂ se déroule selon le mécanisme à 3 actes élémentaires :

1. Établir l'équation bilan de la réaction.
2. Identifier le ou les intermédiaire(s) réactionnel(s).
3. Quelle est l'étape qui détermine la vitesse globale de la réaction ? Pourquoi ?

On suit la décomposition d'une espèce A. Le tracé de $\ln[\text{A}]$ en fonction du temps t donne la droite ci-dessous.

1. Justifier que la réaction est d'ordre 1 par rapport à A.
2. Déterminer la constante de vitesse k.
3. Calculer la concentration initiale [A]₀.
4. Déterminer le temps de demi-réaction t_1/2.
5. Estimer la durée pratique de la réaction (5 t_1/2).

On étudie la décomposition d'un composé coloré A par suivi spectrophotométrique. Le tracé de $\ln([\text{A}]/[\text{A}]_0)$ en fonction du temps t donne la droite ci-dessous.

On souhaite préparer une solution d'une concentration précise à un instant donné en partant d'une solution initiale à $[\text{A}]_0 = 1{,}00 \times 10^{-2}\;\text{mol·L}^{-1}$.

1. Justifier que la réaction est d'ordre 1 par rapport à A.
2. Donner l'expression de [A](t) avec les valeurs numériques.
3. Calculer t_1/2.
4. Au bout de combien de temps la concentration sera-t-elle tombée à $2{,}0 \times 10^{-3}\;\text{mol·L}^{-1}$ ?
5. On souhaite ralentir cette décomposition. Citer deux moyens concrets et expliquer leur effet en une phrase chacun.

L'eau oxygénée commerciale (peroxyde d'hydrogène en solution) est utilisée comme désinfectant. Avec le temps, elle se décompose lentement selon :

On souhaite étudier cette cinétique en présence de catalyseur (chlorure de fer III). Pour cela, on prélève régulièrement 5,00 mL de solution, on les trempe dans un bain glacé, puis on titre H₂O₂ par les ions permanganate.

Résultats expérimentaux :

1. Pourquoi a-t-on plongé les prélèvements dans un bain glacé avant de titrer ? Comment s'appelle cette opération ?
2. Justifier que les chlorures Fe³⁺ sont bien des catalyseurs de cette réaction (préciser le type de catalyse).
3. Montrer, par la méthode du tableau de ln, que la réaction est d'ordre 1 par rapport à H₂O₂. Calculer k en min⁻¹ puis en s⁻¹.
4. Calculer le temps de demi-réaction et estimer la durée pratique de la réaction.
5. Si on retire le catalyseur, la réaction est-elle plus rapide ou plus lente ? Comment varie son t_1/2 ? Justifier en quelques lignes en s'appuyant sur le mécanisme microscopique.