La Chimie

ucteur Red2 de deux couples oxydant réducteur Oxyd1 / Red1 et Oxyd2 / Red2. oxyd1 + n1e= réd1 (x n2)

réd2 = oxyd2+ n2e- (x n1) -------------------------------------------------------------------------------n2.oxyd1 + n1.réd2 → n2.réd1 + n1.oxyd2 Dans le bilan de la réaction, les électrons n’apparaissent pas. Exemple : MnO4-(aq) + 8H+(aq) + 5eFe2+(aq) = Fe3+(aq) + e= Mn2+(aq) + 4H2O (x1) (x 5)

--------------------------------------------------------------------------------

4

5Fe2+(aq) + MnO4-(aq) + 8H+(aq) → 5Fe3+(aq) + Mn2+(aq) + 4H2O

II- Transformations rapides et lentes.

1) Cinétique chimique. Chaque système chimique évolue à une certaine vitesse. L’étude de l’évolution temporelle de systèmes chimiques constitue la cinétique chimique. 2) Classification cinétique. À l’échelle humaine, on distingue trois catégories de transformations chimiques : Les transformations quasi instantanées. On dit que la réaction est rapide. Sa durée est inférieure à la seconde. On ne peut pas observer l’évolution de la réaction à l’œil. C’est le cas de certaines réactions de précipitation. La formation du précipité se fait instantanément. Les transformations lentes. Une réaction est lente si sa durée est de l'ordre de quelques secondes à plusieurs minutes. On peut observer l'évolution de la réaction. Les transformations extrêmement lentes ou infiniment lentes. Une réaction est infiniment lente si sa durée est de l'ordre de plusieurs jours à plusieurs semaines. On ne peut pas observer l’évolution de la réaction à l’œil.

III- Mise en évidence expérimentale d’une transformation rapide.

1) Réaction entre les ions permanganate et les ions fer (II) en solution aqueuse acidifiée. a) Expérience. On verse une solution aqueuse de permanganate de potassium (burette) dans un bécher contenant une solution aqueuse acidifiée de sulfate de fer II. Observations : il se produit une décoloration immédiate de la solution de permanganate de potassium. La coloration violette de la solution de permanganate de potassium est due à la présence des ions permanganate en solution aqueuse. b) Interprétation : Ecrire l’équation bilan de la transformation chimique observée

2)- Réaction de précipitation. Ajoutons quelques gouttes d'une solution aqueuse de nitrate d'argent (Ag+ + NO3- ) à une solution de chlorure de sodium ( Na+ + Cl - ). La formation d'un précipité de chlorure d'argent est quasi "instantanée" : Ecrire l’équation de la réaction chimique.

IV. Mise en évidence expérimentale d’une transformation lente.

5

Oxydation des ions iodure par de peroxyde d’hydrogène en milieu acide. a) Expérience : A l’instant t = 0 s, on verse un volume V1 = 100 mL d’une solution d’iodure de potassium de concentration C1 = 0,20 mol / L et un volume V2 = 100 mL d’une solution d’eau oxygénée de concentration C2 = 5,6 x 10-2 mol / L dans un erlenmeyer de 250 mL. On ajoute quelques gouttes d’acide sulfurique concentré. Observations : Au cours du temps, la solution contenue dans le bécher prend une teinte brun orangé de plus en plus intense. On peut observer l’évolution de la transformation grâce au changement de teinte de la solution. Le changement de teinte est dû à la formation de diiode en milieu aqueux (pour simplifier). La réaction entre les ions iodure et l’eau oxygénée est une réaction lente. b) Interprétation. Couple I2/I- et H2O2 / H2O Écrire l’équation de la réaction chimique.

.V. Les facteurs cinétiques. 1) Influence de la concentration des réactifs a) expérience : oxydation des ions iodures par l’eau oxygénée : On fait varier la concentration de l’un des réactifs par exemple la concentration de H2O2. Dans les 3 cas, le réactif limitant est l’iodure de potassium. La quantité de matière de I2 formée est la même dans les 3 béchers. Becher 1 5 mL d’iodure de potassium 0,10 mol/L 5 mL de H2O2 à 0,10 mol/L 5 mL d’acide sulfurique 1 mol/L 9 mL d’eau Becher 2 5 mL d’iodure de potassium 0,10 mol/L 5 mL de H2O2 à 0,20 mol/L 5 mL d’acide sulfurique 1 mol/L 9 mL d’eau T = 25° C La vitesse de formation du diiode augmente avec la concentration des réactifs. b) Conclusion : La concentration des réactifs est un facteur cinétique. L’avancement temporel d’une réaction augmente généralement avec la concentration des réactifs. Une dilution permet le blocage d’une réaction au moment où l’on veut faire l’analyse d'un mélange Becher 3 5 mL d’iodure de potassium 0,10 mol/L 5 mL de H2O2 à 0,30 mol/L 5 mL d’acide sulfurique 1 mol/L 9 mL d’eau

6

2) Influence de la température. a) Expérience : oxydation des ions iodure par l’eau oxygénée. On observe l’évolution de la coloration de la solution au cours du temps à différentes températures. Becher 1 5 mL d’iodure de potassium 0,10 mol/L 5 mL de H2O2 à 0,10 mol/L 5 mL d’acide sulfurique 1 mol/L 9 mL d’eau T= 0 ° C ( glace ) Becher 2 5 mL d’iodure de potassium 0,10 mol/L 5 mL de H2O2 à 0,10 mol/L 5 mL d’acide sulfurique 1 mol/L 9 mL d’eau T = 20 ° C Becher 3 5 mL d’iodure de potassium 0,10 mol/L 5 mL de H2O2 à 0,10 mol/L 5 mL d’acide sulfurique 1 mol/L 9 mL d’eau T = 40 ° C

Lorsque la température augmente, la vitesse de la réaction augmente. b) Conclusion La température d’un mélange réactionnel est un facteur cinétique. L’avancement temporel d’une réaction augmente généralement avec la température.

VI. Applications.

1)- La trempe. La trempe désigne le refroidissement brutal d’un milieu réactionnel pour le rendre cinétiquement inerte. On utilise ce procédé lors de dosages en séances de travaux pratiques pour arrêter la réaction à un instant donné t. 2)- Conservations des aliments. Pour ralentir les réactions indésirables, on place les aliments au réfrigérateur ou au congélateur. 3)- Accélération des réactions. Pour accélérer la cuisson des aliments, on utilise des autocuiseurs. En augmentant la température, on diminue le temps de cuisson des aliments.

VI. Interprétation microscopique des facteurs cinétiques.

Les facteurs cinétiques sont : la concentration des réactifs et la température. Une réaction chimique a lieu entre les espèces chimiques A et B si après rencontre dans un solvant, il se forme les espèces chimiques C et D. Au cours de la réaction chimique des liaisons chimiques ont été rompues et de nouvelles liaisons chimiques se sont formées. Pour que la réaction chimique ait lieu entre les espèces chimiques A et B, il faut deux conditions : Il faut que les deux espèces chimiques A et B se rencontrent, Il faut que le choc entre les deux espèces chimiques soit efficace. (les deux espèces chimiques peuvent se rencontrer et entrer en collision. Mais si l’énergie n’est pas suffisante, il ne se passe rien. Si l’énergie est suffisante, il y a rupture de certaines liaisons chimiques et les espèces chimiques A et B donnent les espèces chimiques C et D.

7

En conséquence, plus la concentration des réactifs est grande, plus la probabilité de rencontre est grande et plus la transformation est rapide. D’autre part, plus la température est élevée, plus l’énergie cinétique des espèces chimiques sera importante. Il découle de ceci que le nombre de choc efficace entre les espèces chimiques augmente avec la température. Une augmentation de la température permet à la transformation chimique de se produire plus vite.

Les connaissances et savoir faire exigibles pour le Bac

□

Ecrire l’équation de la réaction associée à une transformation d’oxydoréduction et identifier dans cette équation les deux couples mis en jeu.

□ Définir un oxydant et un réducteur.

Montrer, à partir de résultats expérimentaux, l’influence des facteurs cinétiques sur la vitesse de réaction.

□

8

Chapitre 2

Suivi temporel d’une transformation chimique

Plusieurs techniques chimiques ou physiques peuvent être utilisées pour tracer les courbes d'évolution temporelles qui permettent d’évaluer la vitesse d’une réaction chimique. Dans une première partie, nous allons présenter quelques méthodes physiques et dans une seconde partie on présentera une méthode chimique.

Partie A : Méthodes physiques permettant le suivi d’une réaction chimique

I. SUIVI TEMPOREL PAR SPECTROPHOTOMETRIE : 1) La lumière blanche est une onde polychromatique Dans la lumière blanche qui nous vient du soleil sont présentes en réalité toutes les couleurs possibles de la lumière visible. Comment faire pour les voir ? Eh bien en utilisant un prisme. Un prisme est un simple morceau de verre, mais à l'entrée dans le verre, toutes les couleurs ne sont pas déviées de la même façon. On peut également utiliser un réseau, autre dispositif permettant la décomposition