Fiche de révision : Cinétique chimique

📋 Plan du Cours

1. Vitesses de réaction et avancement
2. Lois de vitesse et ordres
3. Cinétique des ordres zéro à deux
4. Température et énergie d’activation
5. Méthodes de suivi cinétique
6. Catalyse et dégénérescence de l’ordre

📖 1. Vitesses de réaction et avancement

🔑 Notions clés & Définitions

• Vitesse volumique d’apparition : La vitesse volumique d’apparition d’un produit C est $v_C=\frac{1}{V}\frac{dn_C}{dt}$ et, si V est constant, elle correspond à la variation de sa concentration par unité de temps.

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour la réaction $\mathrm{A+2B\rightarrow3C}$, la vitesse de réaction vérifie $v_r=-\frac{1}{2}\frac{d[B]}{dt}$.

📐 Formule - La vitesse volumique de réaction s’écrit $v_r=\frac{1}{V}\frac{d\xi}{dt}$.

Compléments

• La vitesse volumique de réaction a la même valeur quel que soit le réactif ou le produit utilisé pour la définir avec les coefficients stœchiométriques.

📖 2. Lois de vitesse et ordres

★ À maîtriser

📐 Formule - Une loi de vitesse générale s’écrit $v=k[A]^p[B]^q$, où p et q sont les ordres partiels.

• Si doubler [A] à [B] constant quadruple la vitesse, l’ordre partiel de A vaut 2.

Compléments

• L’ordre global d’une réaction décrite par $v=k[A]^p[B]^q$ est la somme des ordres partiels, soit $p+q$.

• Pour une réaction non élémentaire, l’ordre s’obtient expérimentalement.

• L’ordre d’une réaction élémentaire est lié à son équation élémentaire, tandis que celui d’une réaction non élémentaire doit être déterminé expérimentalement.

📖 3. Cinétique des ordres zéro à deux

★ À maîtriser

• Pour une réaction d’ordre 1, le temps de demi-réaction est indépendant de la concentration initiale.

• Pour une réaction d’ordre 0, le temps de demi-réaction vaut $t_{1/2}=\frac{[A]_0}{2k}$.

• Pour une réaction d’ordre 2 par rapport à A, le tracé de $1/[A]$ en fonction du temps est une droite.

Compléments

• Pour une réaction d’ordre 1, la constante de vitesse s’exprime en $\mathrm{s^{-1}}$.

📖 4. Température et énergie d’activation

★ À maîtriser

• Selon la loi d’Arrhenius, la constante de vitesse augmente exponentiellement avec la température.

📐 Formule - La loi d’Arrhenius s’écrit $k=A\exp\left(-\frac{E_a}{RT}\right)$.

Compléments

• L’énergie d’activation Ea s’exprime usuellement en $\mathrm{J\,mol^{-1}}$.

• La constante de vitesse dépend de la température et du milieu, mais pas des concentrations initiales.

💡 Astuce mémo

Température accrue → constante de vitesse accrue

📖 5. Méthodes de suivi cinétique

★ À maîtriser

• Pour une solution diluée, l’absorbance est proportionnelle à la concentration selon la loi de Beer-Lambert.

• Le suivi conductimétrique est adapté lorsqu’une réaction consomme ou produit des ions.

Compléments

• La trempe chimique bloque la réaction en refroidissant brutalement le mélange ou en le diluant.

• La pente du tracé de $\ln(v_0)$ en fonction de $\ln([A]_0)$ donne l’ordre par rapport à A.

📖 6. Catalyse et dégénérescence de l’ordre

🔑 Notions clés & Définitions

• Catalyse homogène : Une catalyse homogène se produit lorsque le catalyseur et les réactifs appartiennent à la même phase.

★ À maîtriser

• Un catalyseur diminue l’énergie d’activation globale de la réaction sans modifier l’état d’équilibre final.

• La dégénérescence de l’ordre par rapport à B se produit lorsque B est introduit en grand excès par rapport aux autres réactifs.

Compléments

• Dans un mélange initial stœchiométrique pour $\alpha A+\beta B\rightarrow\text{produits}$, [B] reste proportionnelle à [A] pendant la réaction.

💡 Astuce mémo

Catalyseur : accélère sans modifier l’équilibre ; dégénérescence : un réactif en excès sort de la loi apparente