Exercices  - biochimie - la catalyse homogène - correction, Exercices de Biochimie
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Melissa_s28 April 2014

Exercices - biochimie - la catalyse homogène - correction, Exercices de Biochimie

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Exercices de biochimie à propos de la catalyse homogène - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude cinétique de la transformation chimique, Catalyse homogène, Rôle du catalyseur.
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Exercice 3 " La catalyse homogène" 4pts

BAC 2004 La Réunion Exercice 3 " La catalyse homogène" 4Pts Calculatrice autorisée

I. Étude cinétique de la transformation chimique I.1.a. Si H2O2 est le réactif limitant alors n1 – 5xmax = 0 soit xmax = n1/5

Si C4H4O62– est le réactif limitant alors n2 – xmax = 0 soit xmax = n2

Ici n1 < 5n2 , donc le réactif limitant est H2O2 et xmax = n1/5

I.1.b. L'équation chimique fait apparaître des ions H3O+ du coté des réactifs, ce qui justifie la nécessité

d’acidifier le milieu.

I.1.c. La courbe est décroissante, car H2O2 est un réactif donc est consommé.

La décroissance est plus marquée en début de transformation qu'en fin de

transformation. La concentration étant un facteur cinétique.

Attention, cette transformation est très lente cependant. (ici, l'axe des temps

ne le montre pas…)

I.2. Étude de la vitesse volumique de réaction

I.2.a. v = dt

dx

V .

1 où V est le volume réactionnel considéré constant au cours de la transformation.

I.2.b. D'après le tableau d'avancement 22OH

n (t) = n1 – 5x

donc [H2O2] = V

xn 51 

soit [H2O2].V = n1 – 5x

donc x = 5

].[ 221 VOHn

dt

dx =

dt

VOHd ].[

5

1 22

finalement v = dt

OHd ][

5

1 22

I.2.c.Comment évolue la vitesse au cours du temps?

La vitesse volumique de réaction diminue au cours du temps.

Justifier graphiquement sans calcul:

On reprend la courbe tracée au I.1.c.: voir les tracés de tangentes

dt

OHd ][ 22 est égal au coefficient directeur de la tangente à la courbe [H2O2](t) à l'instant t.

Ce coefficient directeur est très négatif initialement donc v est positive et élevée.

Puis dt

OHd ][ 22 tend vers zéro, donc v tend vers zéro.

Pourquoi cette évolution?

La concentration en H2O2 diminue au cours du temps, ainsi la probabilité de choc efficace avec les ions

tartrate est de plus en plus faible au cours du temps. La réaction a alors lieu de moins en moins

fréquemment.

n1 – 5 x

n2 – (n1)/5 xmax = n1 /5 4n1/5

[H2O2(aq)]

en mol.L–1

t

II. Catalyse homogène

II.1. Étude de la courbe 1

II.1.a. Les ions cobalt III donnent une coloration verte aux solutions. On peut suivre par

spectrophotométrie l'évolution de leur concentration.

L'absorbance A de la solution, pour une longueur d'onde donnée, est proportionnelle à la concentration de

l'espèce colorante (loi de Beer-Lambert A = k. C). On choisira une longueur d’onde pour laquelle seuls les

ions Co3+ absorbent la lumière.

En suivant l'évolution de l'absorbance, on a accès à l'évolution de [Co3+(aq)] au cours du temps.

II.1.b. Zone 1: les ions cobalt II colorent la solution en rose.

Zone 3: la concentration en ions cobalt III est maximale, la solution est bien verte.

Zone 5: [Co3+(aq)] faible, les ions Co3+ se sont transformés en ions Co2+. La solution reprend une coloration

rose.

II.1.c. Dans la zone 2, la coloration est verdâtre: présence de Co3+ et de Co2+: la réaction (R1) a lieu.

Dans la zone 3: [Co3+(aq)] est maximale, mais elle commence à diminuer. La réaction (R2) commence.

Dans la zone 4: [Co3+(aq)] diminue, les ions Co3+ sont consommés. La réaction (R2) se poursuit.

II.2. Vitesse de réaction

On trace la tangente en t3 à la courbe représentative de [Co3+(aq)](t).

On calculerait son coefficient directeur qui est égal à dt

Cod aq ][ 3

)( 

.

On remplacerait sa valeur dans l'expression de v, on pourrait connaître la valeur de v.

II.3.Rôle du catalyseur

II.3.a. Le catalyseur n'apparaît pas dans l'équation chimique, car dans l'état final il est totalement régénéré.

Il y a autant de Co2+ dans l'état initial que dans l'état final.

La courbe 1 montre que [Co3+] initiale est nulle donc [Co2+] est maximale.

Et [Co3+] tend vers zéro dans l'état final, donc [Co2+] est maximale et égale à [Co2+] initiale.

II.3.b. D'après le tableau d'avancement 2CO

n finale = 4xmax.

Le catalyseur ne modifie pas la valeur de l'avancement final xmax, donc 2CO

n finale est la même que sans

catalyseur.

II.3.c. On parle de catalyse homogène car le catalyseur et les réactifs sont dans une même phase liquide.

Merci de signaler toute erreur en envoyant un courriel à: labolycee@gmail.com

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