Exercices sur le suivi cinétique par conductimétrie , Exercices de Chimie Organique
Renee88
Renee8823 April 2014

Exercices sur le suivi cinétique par conductimétrie , Exercices de Chimie Organique

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Exercices de sciences chimiques sur le suivi cinétique par conductimétrie. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Questions préliminaires, Suivi cinétique de la transformation par conductimétrie.
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EXERCICE III Suivi cinétique pr conductimétrie (4 points)

EXERCICE III - SUIVI CINÉTIQUE PAR CONDUCTIMÉTRIE (4 points)

Bac S 2012 Métropole

On se propose d’étudier, par conductimétrie, la cinétique de

l’hydrolyse du 2-chloro-2-méthylpropane qui est noté RCl .

On suppose que la seule réaction qui a lieu au cours de la

transformation étudiée a pour équation :

RCl (l) + 2 H2O (l) = ROH (aq) + H3O+ + Cl – (aq) réaction (1)

ROH représente le 2-méthylpropan-2-ol qui est produit au cours de

la transformation.

Protocole :

Le 2-chloro-2-méthylpropane (RCl) est peu soluble dans l’eau mais il est très soluble dans un mélange eau -

acétone en proportions appropriées.

Le mélange réactionnel initial est réalisé en versant une quantité de matière n i (RCl) = 9,1  10 – 3 mol de

2-chloro-2-méthylpropane (RCl) dans un mélange eau – acétone. Le volume total de la solution dans le

bécher est V = 50,0 mL.

L’eau présente est en très large excès.

1. Questions préliminaires

1.1. On propose dans le TABLEAU A2DE L’ANNEXE à rendre avec la copie des affirmations concernant

le taux d’avancement final d’une réaction et l’équilibre chimique.

Compléter ce tableau en répondant par VRAI ou FAUX en toutes lettres et en justifiant brièvement les

réponses.

1.2. Compléter le TABLEAU A3 DE L’ANNEXE à rendre avec la copie à l’aide d’expressions littérales en

respectant les notations de l’énoncé.

On négligera la quantité initiale d’ions H3O+ due à l’autoprotolyse de l’eau.

2. Suivi cinétique de la transformation par conductimétrie

La transformation modélisée par la réaction (1) peut être suivie par conductimétrie dans une enceinte

thermostatée à la température de 40°C.

Pour cela, on plonge dans le bécher contenant le mélange eau - acétone une cellule conductimétrique

préalablement étalonnée. On déclenche le chronomètre à l’instant où on ajoute le 2-chloro-2-méthylpropane

(RCl) dans le mélange et on mesure la conductivité  de la solution à différentes dates.

Les résultats obtenus permettent de tracer la courbe d’évolution de l’avancement x de la réaction en fonction

du temps (FIGURE A4 DE L’ANNEXE).

On considère que l’état final est atteint à partir de la date t = 60 min.

2.1. Pourquoi peut-on effectuer un suivi conductimétrique de cette transformation ?

2.2. Courbe d’évolution temporelle de l’avancement x de la réaction

2.2.1. L’expression littérale de la conductivité  d'une solution en fonction des concentrations molaires

effectives [ Xi ] des ions présents dans cette solution est donnée par la relation :

  i i i

X 

i appelé conductivité molaire ionique est une constante dont la valeur dépend de l’ion Xi .

Donner l’expression littérale de la conductivité  de la solution en considérant que seuls les ions

oxonium H3O + et chlorure Cl –, produits par la réaction (1), interviennent.

12PYOSME1 Page 2 / 4

2.2.2. Déduire des questions 1.2. et 2.2.1. l’expression de la conductivité  de la solution à la date t en

fonction de l’avancement x de la réaction, du volume V de la solution et des conductivités molaires

ioniques des ions oxonium λH3O + et chlorure λCl -.

2.3. Exploitation de la courbe d’évolution temporelle de l’avancement x de la réaction

On rappelle l’expression de la vitesse volumique de réaction : 1 d

. d

x v

V t , V représente le volume du

mélange réactionnel.

2.3.1. Définir le temps de demi-réaction noté t1/2.

2.3.2. Déterminer graphiquement t1/2 SUR LAFIGURE A4 DE l’ANNEXE. On fera apparaître clairement la

construction graphique.

2.3.3. Comparer, sans nécessairement les calculer, les vitesses volumiques de réaction v0, v20 et v65

respectivement aux instants t0 = 0, t20 = 20 min et t65 = 65 min.

Justifier par un tracé graphique SUR LAFIGURE A4 DE l’ANNEXE.

2.3.4. Quel est le facteur cinétique responsable de la variation de la vitesse volumique ? Expliquer.

2.3.5. Tracer, SURLAFIGURE A4 DE l’ANNEXE, l’allure de la courbe pour une température supérieure à

40°C. Justifier.

ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

ANNEXE DE L’EXERCICE III

Vrai ou

Faux

Brève justification

Lorsque l’état d’équilibre chimique

d’un système est atteint, les

espèces chimiques arrêtent de

réagir entre elles au niveau

microscopique.

Dans le cas d’un équilibre

chimique, le taux d’avancement

final change si on augmente la

quantité de l’un des réactifs.

Lorsque l’état d’équilibre chimique

d’un système est atteint, le taux

d’avancement final est toujours

égal à 1.

Tableau A2. Affirmations concernant le taux d’avancement final d’une réaction

et l’équilibre chimique.

12PYOSME1 Page 4 / 4

ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE

ANNEXE DE L’EXERCICE III

Équation chimique

de la réaction

RCl (l) + 2 H2O (l) = ROH(aq) + H3O + + Cl(aq)

État du

système

Avancement

en mol Quantités de matière en mol

État initial x = 0

En

excès

Au cours de la

transformation x

État final xf

État final si

transformation

totale

xmax

Tableau A3. Tableau descriptif de l’évolution du système chimique (ou tableau d’avancement)

0 20 30 40 50 60 70

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10 (min)t

x (mmol)

10

80

Figure A4. Courbe d’évolution de l’avancement au cours du temps

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