Exercices Suivi temporel d’une réaction chimique : modèle macroscopique

Prépare-toi à progresser en Physique-chimie avec ces exercices niveau Terminale : "Suivi temporel d’une réaction chimique : modèle macroscopique". Conçu pour renforcer les notions clés vues en cours, cet entraînement te permet de t’exercer à ton rythme. Idéal pour réviser efficacement et gagner en confiance. À toi de jouer !

Dans l’expérience de la bouteille bleue, du glucose en excès est mis en réaction avec du bleu de méthylène. On observe alors une décoloration progressive de la solution, passant du bleu à l’incolore, car la réaction est totale.
On a réalisé cette réaction à deux températures différentes : $T_1 = 20\,\degree \text{C}$ et $T_2 = 40\,\degree \text{C}$.
Afin de suivre l’avancement de la réaction, on a mesuré l’absorbance des deux milieux réactionnels à la longueur d’onde $\lambda = 665\ \text{nm}$. On a obtenu les courbes ci-après, représentant la concentration en quantité de matière de bleu de méthylène. La courbe bleue correspond à la réaction à la température $T_1$ et la courbe orange à la température $T_2$.

Évolution des concentrations au cours de la réaction, à deux températures

Déterminer, en justifier, les facteurs cinétiques mis en jeu. Expliquer leur influence sur la vitesse de la réaction.

La réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle peut être suivie par conductimétrie ou par pH-métrie. L’équation de la réaction est : $$\text{tBuCl}_{\text{(aq)}}+\text{H}_2 \text{O}_{\text{(l)}} \to \text{tBuOH}_{\text{(aq)}} + \text{H}_3 \text{O}^+_{\text{(aq)}} + \text{Cl}^-_{\text{(aq)}}$$ où $\text{tBu}$ représente une chaîne d’atomes de carbone.

À la suite des mesures réalisées, on a pu tracer la courbe qui représente la concentration en $\text{tBuCl}$ au cours du temps. On a également tracé la tangente à l’origine de cette courbe :

Évolution de la concentration en tBuCl au cours du temps

Justifier que le suivi de la réaction peut être réalisé indifféremment par conductimétrie ou par pH-métrie.

La réaction d’hydrolyse basique de l’éthanoate d’éthyle peut être suivie par pH-métrie. L’équation de la réaction est : $${\text{CH}_3 \text{COOC}_2 \text{H}_5}_{\text{(aq)}} + \text{HO}^-_{\text{(aq)}} \to \text{CH}_3 \text{COO}^-_{\text{(aq)}} + \text{C}_2 \text{H}_5 \text{OH}_{\text{(aq)}}$$

On étudie la réaction d’hydrolyse de cet ester dans un défaut d’ions hydroxydes $\text{HO}^-$, c’est-à-dire que l’on n’en introduit pas assez pour consommer la totalité de l’éthanoate d’éthyle. On obtient la courbe ci-dessous, donnant la concentration en ester dans la solution au cours du temps :

Évolution de la concentration au cours du temps

On note $C_0$ la concentration initiale et $C_f$ la concentration finale de la solution. Dans le cas d’une loi de vitesse d’ordre 1 et pour un réactif en excès, la vitesse volumique de disparition de ce réactif $v_d(t)$ est donné par : $$v_d(t) = k\times (C(t)-C_f)$$ où $C(t)$ représente la concentration du réactif à la date $t$, $C_f$ représente la concentration finale, et $k$ est la constante de vitesse.

Rappeler la définition du temps de demi-réaction. Déterminer sa valeur graphiquement, pour la réaction étudiée.

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