La cinétique chimique

La cinétique chimiqueLa vitesse de réactionla cinétique chimiqueréactions chimiquesla vitesse de réaction est lavariation de la concentrationdans le temps (en M/s)La vitesse de réactionpour la réaction A Bon veut que la vitesse de laréaction soit positive, doncpour un réactif, on met unsigne négatif carLa vitesse de réactionpour la réaction 2A B :car A disparaît deux fois plus vite que B apparaîten général, pour la réaction aA + bB cC + dDSolution:21vitesse ǻd1c1b1a1vitesse O(g)2H (g)CO(g)2O(g)CH2224oǻO]ǻ2121]ǻvitesse2224 La vitesse de réactionla vitesse de réaction est déterminée àversus le tempsla vitesse de réaction à un tempsparticulier est donnée par la pente dela tangente à cet instantla vitesse de réaction diminue avec leLes lois de vitesseréactifs et une constante de proportionalité (la constante de vitesse)la vitesse de la réaction inverse (produits réactifs) estde la réaction, les concentrations des autres réactifs doivent être fixesLes lois de vitesseeg.; F2(g) + 2 ClO2(g) 2 FClO2(g)[F2] (M)[ClO2] (M)vitesse initial (M/s)0.100.0101.2 x 10-30.100.0404.8 x 10-30.200.0102.4 x 10-3si on garde [F2] fixe, on observe que la vitesse initiale augmente par unfacteur de quatre si [ClO2] augmente par un facteur de quatresi on garde [ClO2] fixe, on observe que la vitesse initiale augmente parun facteur deux si [F2] augmente par un facteur de deux][ClOv2][Fv2Les lois de vitessek est la constante de vitesse pour la réactionpour trouver la valeur de kprennant le premier essai:]][ClOk[Fv]][ClO[Fvitesse2222v1132222sM 1.

2) M) M)(0.01 (0.10sM101.2k]][ClO[Fvk ]][ClOk[FvuLes lois de vitesseen général, pour la réactionN.B. la plupart du temps:la somme des exposants dans la loi de vitesse (dans cety en Bby a,xzyx[B]k[A]vdDcCbBaAoLes lois de vitesseExemple: On a mesuré la vitesse de la réaction A + 2 B C à 25oles données suivantes, déterminez la loi de vitesse et la constante de vitesse decette réaction.Expérience[A] initiale[B] initialevitesse initiale (M/s)10.1000.1005.50 x 10-620.2000.1002.20 x 10-530.4000.1008.80 x 10-540.1000.3001.65 x 10-550.1000.6003.30 x 10-5Les lois de vitesseSolution: Dans la deuxième et troisième expérience, [B] initiale est fixe, et onvoit que la vitesse se quadruple si on double [A]:Dans la quatrième et cinquième expérience, [A] initiale est fixe, et on voit quela vitesse se double si on double [B]:La loi de vitesse est donc:la valeur de k, on utilise la première expérience:2[A]v[B]v[B]k[A]v2123262sM105.50kM) (0.100M) (0.100)sM10(5.50[B][A]vkuLa relation entre les concentrations des réactifs et le tempsles lois de vitesse nous permettent de déterminer les concentrations desrapport à A:)expériencel' dedébut lementnécessaire pasest n' (qui 0 tàA deion concentrat laest [A]oùkt[A][A]ln :obtienton intégral, calculdu aidel' avectk[A]k[A]ǻooLa relation entre les concentrations des réactifs et le tempsla formuleest la loi de vitesse intégrée pour uneon peut modifier la formulecette forme de la loi de vitesse intégréele temps est une ligne droite avec unepente de -kexpérimentalement, on détermine k decette façonkt[A][A]lnooln[A]ktln[A]La relation entre les concentrations des réactifs et le tempsExemple: La réaction 2Avitesse est de 2.8 x 10-2s-1à 80oC. Combien de temps (en secondes)faudra-t-il pour que [A] diminue de 0.88 M à 0.14 M.La demi-viela demi-1/2, est letemps requis pour que la concentrationdemi-vie est indépendante de laconcentration initialek2ln t k2[A][A]lntk[A][A]lnt21oo21oLa demi-vieExemple: La demi-min. Calculez la constante de vitesse de la réaction.Solution:14132121s101.37)minsmin)(60 (84.12ln koumin10 24.8min 84.12ln ktln2k kln2tuLa demi-vieExemple: Le 14-vie du 14C est 5730 ans (la désintégrationqui contient seulement 10% du 14les vitesses de réaction augmentent, etdonc les constantes de vitesseaugmentent, lorsque la températureaugmenteune exception est une réactioncatalysée par un enzyme (àdénature et ne fonctionne plus)énergétique qui sépare les réactifs desproduits (que la réaction soitendothermique ou exothermique)fraction des molécules qui possèdentune énergie cinétique supérieure àtempérature, on augmente la chanceoù Ea-1mol-1, T est latempérature en kelvins, et A est le facteur de fréquence (la fréquencedes collisions)un graphique de ln k versus 1/T a une pente de -Ea/RRTEaAekAln T1REklnRTEAln kln AekaaRTEaon peut déterminer la valeur deconstantes de vitesse, k1et k2, auxtempératures T1et T2on soustrait la première équation de ladeuxième2a21a1RTEAln klnRTEAln kln12a12T1T1REkklnméthyle (CH33chlorhydrique (HCl) est de 3.32 x 10-10s-1à 25oC. Calculez la constante devitesse à 40oLes mécanismes réactionnels et les lois de vitesse(étapes élémentaires)réactionneleg.; pour la réaction 2 NO(g) + O2(g) 2 NO2(g)le mécanisme réactionnel estla somme des deux étapes élémentaires est la réaction globaledans cet exemple, N2O2est un intermédiaire, i.e., une espèce qui apparait dansle mécanisme réactionnel mais non pas dans la réaction globale équilibréeun intermédiaire est produit et ensuite détruit222222NO 2OON :étape2ON NO 2 :1 étapeooLes mécanismes réactionnels et les lois de vitessele nombre de molécules réagissant dans une étape élémentaire est lamolécularité de cette étapeune étape unimoléculaire implique une seule moléculeune étape bimoléculaire implique deux moléculesune étape trimoléculaire implique trois moléculesune étape trimoléculaire est rare car il est peu probable que troismolécules se heurtent simultanémentla loi de vitesse pour une étape élémentaire est donnée par la stoichiométrie depour A produits,v = k[A]pour A + B produits, v = k[A][B]pour 2 A produits,v = k[A]2Les mécanismes réactionnels et les lois de vitesseon déduit un mécanisme à partir desobservations expérimentalesle mécanisme réactionnel doit obéirdeux règlesla somme des étapesélémentaires doit correspondre àréaction globaleune loi de vitesse identique àcelle de la réaction globalevitesse de la réaction globaleLes mécanismes réactionnels et les lois de vitesseprenons, comme exemple, la réactiontoute seule, cette réaction est lenteiodures, la réaction est rapide et ontrouve que la loi de vitesse estle mécanisme ne peut pas être toutsimplement deux molécules de H2O2quise heurtent et qui réagissent par la suite(g)O O(l)H 2 (aq)OH 22222o]][IOk[Hv22Les mécanismes réactionnels et les lois de vitesseun mécanisme possible estloi de vitesse pour la réaction globaleseraiton observe une telle loi de vitesseexpérimentalement, donc le mécanismeest plausibleooIOOHIOOH:2 étapeIOOHI OH:1 étape22k222k2221]][IO[Hkv221Les mécanismes réactionnels et les lois de vitessedans le mécanisme proposé, IO-est un intermédiaire car il estproduit dans la première étape etdétruit dans la deuxièmedans le mécanisme proposé, I-est présent avant que la réactionle I-est un catalyseurLes mécanismes réactionnels et les lois de vitesseExemple: On croit que la formation de NO et de CO2à partir de NO2et deCO se produit en deux étapes:La loi de vitesse déterminée expérimentalement est v=k[NO2]2. (a) Ecrivezon dire à propos des vitesses relatives des étapes 1 et 2?Solution:(a) la somme des étapes 1 et 2 est: NO2+ CO NO + CO2(b) NO3est un intermédiaireréaction globale (la valeur de [CO] serait dans la loi de vitesse si223322CONOCONO :2 étapeNO NONONO :1 étapeooLa réaction A(aq) AEB(aq) est une réaction d'ordre un par rapport à A. La demi-vie à 25.0oquelle serait la concentration de A après 1000.0 s si on avait une concentrationinitiale de A de 0.500 M et on gardait la température fixe à 50.0oC?