Problème — Catalyse et facteurs cinétiques

Application directe du cours · niveau 1 (application) · physique-chimie (terminale), chapitre 1 — Cinétique chimique et suivi temporel

Énoncé

Problème — Catalyse et facteurs cinétiques.

On étudie la décomposition $2 H X_{2} O X_{2} 2 H X_{2} O + O X_{2}$ dans trois conditions : (a) à $20^{\circ} C$ sans catalyseur ; (b) à $20^{\circ} C$ avec ajout d'ions $Fe X^{3 +}$ ; (c) à $40^{\circ} C$ sans catalyseur.

Pour chaque condition, indiquer l'effet attendu sur la vitesse et sur l'état final.
Préciser le type de catalyse dans le cas (b).
On mesure le volume de $O X_{2}$ dégagé. Comment relier le volume final à la quantité initiale de $H X_{2} O X_{2}$ ?

Corrigé

(a) Référence : réaction lente. (b) Les ions $Fe X^{3 +}$ accélèrent la réaction sans modifier l'état final (catalyseur). (c) L'augmentation de température accélère aussi la réaction (facteur cinétique), sans changer l'état final. Dans les trois cas, le même volume final de $O X_{2}$ est atteint, plus ou moins vite.

Les ions $Fe X^{3 +}$ sont dissous dans la même phase (liquide) que $H X_{2} O X_{2}$ : il s'agit d'une catalyse homogène.

À l'avancement final $x_{f}$ , d'après la stœchiométrie $n (O X_{2}) = x_{f}$ et $n (H X_{2} O X_{2})_{consomm e ˊ e} = 2 x_{f}$ . Si $H X_{2} O X_{2}$ est entièrement décomposée, $x_{f} = n_{0} (H X_{2} O X_{2}) /2$ , donc

$n (O X_{2})_{f} = \frac{n _{0} ( H X _{2} O X _{2} )}{2} .$

Avec le volume molaire $V_{m}$ des gaz, $V (O X_{2})_{f} = n (O X_{2})_{f} \times V_{m} = \frac{n _{0} ( H X _{2} O X _{2} )}{2} V_{m}$ .

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