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Spécialité Physique-Chimie Terminale

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Fiche de révision : Cinétique chimique

Suivi d’une transformation lente, vitesses volumiques, temps de demi-réaction, loi de vitesse d’ordre 1 (Python, méthode d’Euler), facteurs cinétiques, catalyse et mécanisme réactionnel.

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Cinétique chimique

Fiche méthode

(Physique-chimie Tle spécialité · Constitution et transformations de la matière · Modéliser l’évolution temporelle d’un système, siège d’une transformation chimique)

La démarche pour toute étude cinétique

1. Je choisis le suivi : couleur → spectrophotométrie, ions → conductimétrie, H₃O⁺ → pH-métrie, gaz → pression ou volume ; sinon prélèvements, trempe et titrage.

2. Je convertis la grandeur mesurée en concentration et je fixe l’état final.

3. Je calcule les vitesses : taux de variation (moyenne) ou tangente (à une date), en mol·L⁻¹·s⁻¹.

4. Je lis t1/2 à la moitié de l’état final et je teste l’ordre 1.

5. J’interprète : facteur cinétique, catalyseur, chocs, mécanisme.

Le réflexe — Un catalyseur change la durée d’une transformation, jamais son état final ; la température et les concentrations agissent sur sa vitesse.

Cas 1 · Choisir un suivi

Réflexe — qu’est-ce qui change : une couleur, des ions, l’acidité, un gaz ?

Exemple. Estérification de l’acide butanoïque par l’éthanol : aucune espèce colorée, aucun gaz, presque pas d’ions.

Aucune grandeur physique simple ne varie nettement : on fait des prélèvements à différentes dates.

Chacun subit une trempe dans l’eau glacée, puis on titre l’acide restant par une solution d’hydroxyde de sodium.

Attention — une transformation rapide ne se suit pas : elle est finie avant la première mesure.

Cas 2 · Calculer une vitesse

Réflexe — v = |Δ[X]| ÷ Δt, puis division par les nombres stœchiométriques.

Exemple. 2 A → P : [P] passe de 2,4 à 4,2 mmol·L⁻¹ entre 30 s et 90 s. Vitesses moyennes ?

vapp(P) = (4,2 − 2,4) ÷ 60 = 0,030 mmol·L⁻¹·s⁻¹ = 3,0 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹·s⁻¹.

A disparaît deux fois plus vite : 6,0 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹·s⁻¹.

Attention — convertir les mmol en mol et les minutes en secondes si l’unité l’exige.

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Cas 3 · Lire un temps de demi-réaction

Réflexe — valeur finale ÷ 2, puis lecture de la date.

Exemple. L’absorbance d’un produit coloré croît de 0 à sa valeur finale 0,84 ; elle vaut 0,42 à t = 3,5 min.

A est proportionnelle à la concentration du produit : la moitié de l’état final est atteinte quand A = 0,84 ÷ 2 = 0,42.

Le temps de demi-réaction vaut 3,5 min.

Attention — transformation non totale : moitié de xf, jamais de xmax.

Cas 4 · Utiliser une loi d’ordre 1

Réflexe — t1/2=ln2k et [A](t)=[A]0e−kt.

Exemple. k = 1,2 × 10⁻³ s⁻¹ et [A]₀ = 5,0 × 10⁻² mol·L⁻¹. Calculer t1/2, puis [A] au bout de 20 min.

t1/2 vaut 0,693 ÷ (1,2 × 10⁻³) ≈ 578 s, soit 9,6 min.

20 min = 1 200 s : [A] = 5,0 × 10⁻² × e−1,44 ≈ 1,2 × 10⁻² mol·L⁻¹.

Attention — pour prouver l’ordre 1 : v ÷ [A] constant, t1/2 constant ou ln [A] affine.

Cas 5 · Facteur cinétique ou catalyseur ?

Réflexe — je compare deux expériences qui ne diffèrent que par un paramètre.

Exemple. Temps de demi-réaction d’une même transformation : A, à 20 °C : 12 min ; B, à 40 °C : 3 min ; C, à 20 °C avec des ions Cu²⁺ : 2 min, ions Cu²⁺ retrouvés en même quantité à la fin.

A et B : la température est un facteur cinétique.

A et C : Cu²⁺ accélère et se retrouve intact : catalyseur, en catalyse homogène ; l’état final est le même.

Attention — un catalyseur ne change ni l’avancement final ni le rendement.

Cas 6 · Lire un mécanisme

Réflexe — formé puis consommé : intermédiaire ; consommé puis régénéré : catalyseur.

Exemple. Mécanisme : A + C → AC, puis AC + B → AB + C.

Somme : A + B + C + AC → AC + AB + C, soit A + B → AB.

AC est un intermédiaire ; C est le catalyseur.

Attention — une flèche courbe part d’un doublet et va vers un site pauvre en électrons.

Les pièges

  • Oublier le signe « − » : une vitesse de disparition est positive alors que d[A]/dt est négatif.
  • Confondre vitesse moyenne (corde) et vitesse à une date (tangente).
  • Prendre t1/2 pour la moitié de la durée de la transformation.
  • Conclure à l’ordre 1 parce que [A] décroît.
  • Croire qu’un catalyseur augmente l’avancement final ou le rendement.

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À propos de cette page
La fiche méthode tient en deux pages : une démarche en cinq étapes pour toute étude cinétique, puis un exemple corrigé par cas — suivi d’une estérification par prélèvements et trempe, vitesses moyennes de deux espèces, lecture d’un temps de demi-réaction sur une absorbance, calculs avec une loi d’ordre 1, expériences à comparer et lecture d’un mécanisme — et cinq pièges à éviter.
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