CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
96
Exercices
15
Pyrolyse du 2,2-diméthylpropane
La pyrolyse homogène du 2,2-diméthylpropane, ou
néopentane N, a été étudiée entre 500 et 570 °C. Son bilan
peut être essentiellement représenté par l’équation :
C 5H 12 (g) c CH 4 (g) + C 4H 8 (g)
où C 4H 8 correspond au 2-méthylpropène.
1 • Montrer que la cinétique de cette réaction peut être
étudiée en suivant les variations de la pression totale p qui
règne dans un récipient de volume constant, maintenu à
température constante.
2 • Définir la vitesse initiale v 0 de cette pyrolyse et montrer
qu’elle est reliée à – .
dpN dt t=0
3 • On a réalisé cette étude dans différentes conditions
expérimentales (1 torr = 1 mm Hg).
Expérience n° 1: q = 547 °C.
Expérience n° 2: [N] 0 = 5,8 mmol . L –1 .
Montrer que l’ensemble de ces résultats expérimentaux est
compatible avec les relations :
v 0 = k . ([N] 0) n et k = A . exp
où A et E sont des constantes caractéristiques de la réaction.
Déterminer n, A et E.
16
p (torr) 76 152 302 457
(torr.min –1 – )
dpN dt t=0
1,5 4,0 12,1 22,0
v 0 (µmol .L –1 .s –1 ) 0,65 1,8 3,8 7,8
q (°C) 502 527 547 567
Utilisation des acquis
Décomposition du monoxyde d’azote
La décomposition à 1151 °C du monoxyde d’azote a lieu
suivant la réaction d’équation :
k
2 NO (g) c N 2 (g) + O 2 (g)
À volume constant et pour une pression initiale de monoxyde
d’azote p 0 = 200 mmHg, la pression partielle p de NO varie
en fonction du temps de la manière suivante :
p (mmHg) 200 156 128 108 94 83
t (min) 0 5 10 15 20 25
Dans les mêmes conditions, mais pour des pressions initiales
de NO différentes, on a déterminé les vitesses initiales
v 0 de disparition de NO correspondantes :
p 0 (mmHg) 100 150 200 300 400
v 0 (mmHg .min –1 ) 2,8 6 11 25 45
1 • Déterminer l’ordre initial de la réaction en vous basant
sur les valeurs de v 0.
2 • a. En admettant que l’ordre initial et l’ordre dans le
temps aient la même valeur, écrire et intégrer l’équation
cinétique.
b. Vérifier l’ordre obtenu en utilisant une méthode graphique
avec les valeurs du premier tableau.
d. Une étude en fonction de la température a donné les
résultats suivants :
T (°C) 974 1 057 1 260
2k (mol –1 .mL.s –1 ) 20,5 87 2 100
En admettant que la réaction suive la loi d’Arrhenius, déterminer
graphiquement l’énergie d’activation et le facteur
préexponentiel.
Donnée :
R = 8, 314 J . K −l . mol −l = 62,3 mmHg . L . mol −l . K −l .
17
Temps de demi et de trois quarts
de réaction (I)
1 • Soit une réaction d’équation : A = B dont l’ordre courant
est égal à 1. Établir l’expression des temps de demiréaction
t 1/2 et de trois quarts de réaction t 3/4. Quelle
relation existe-t-il entre eux ?
2 • On étudie, à température et volume constants, la réaction
de synthèse du phosgène COCl 2 selon :
CO(g) + Cl 2(g) = COCl 2(g)
On réalise deux expériences au cours desquelles on mesure
la pression partielle de phosgène en fonction du temps.
Expérience n° 1 : (p Cl2 ) 0 = 400 mm Hg ; (p CO) 0 = 4 mm Hg.
t (min) 0 34,5 69 138 ∞
p(COCl 2)(mm Hg) 0 2,0 3,0 3,75 4,0
Expérience n° 2 : (p Cl2 ) 0 = 1600 mm Hg ; (p CO) 0 = 4 mm Hg.
t (min) 0 4,3 8,6 17,3 ∞
p(COCl 2)(mm Hg) 0 2,0 3,0 3,75 4,0
On se propose de vérifier que la vitesse de la réaction peut
être mise sous la forme : v = k . [CO] a . [Cl 2] b .
Montrer que les résultats expérimentaux permettent de
déterminer a et b. Quel est l’ordre total de cette réaction ?