Vitesse volumique d’une espèce chimique

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Au cours d’une réaction chimique, les réactifs disparaissent et les produits sont formés. À partir des courbes d’évolution des quantités de matière des réactifs ou des produits, on peut déterminer leur vitesse volumique.

I) Vitesse volumique de disparition ou d’apparition

La vitesse volumique de disparition d’un réactif vréactif se détermine à partir de la dérivée temporelle de la concentration molaire du réactif, notée [R] :

70758cbd-8edf-4f2f-922a-92a33d548758

À noter

On met un signe moins car la vitesse de disparition doit être positive.

La vitesse volumique d’apparition d’un produit vproduit se détermine à partir de la dérivée temporelle de la concentration molaire du produit, notée [P] :

71a9714f-c3d9-4548-a8b5-e5e4ce02bc9e

La détermination de ces vitesses peut se faire graphiquement :

de00a44c-0a5b-41fe-b99f-955c35d71d34

II) Loi de vitesse d’ordre 1

Une réaction suit une loi de vitesse d’ordre 1 par rapport à un réactif ou à un produit si :

83207c3a-7b27-4a64-891a-a96bc08f6b1f

Les concentrations obéissent alors à une loi exponentielle :

(R)(t)=(R)0×exp(kr×t)(R)(t)=(R)_0\times exp(− k_r \times t) et (P)(t)=(P)0×exp(kp×t)(P)(t)=(P)_0 \times exp(−k_p \times t)

Méthode

Décrire l’évolution temporelle d’une vitesse volumique de réaction

On mesure lors d’une réaction chimique l’évolution au cours du temps de la concentration d’une espèce notée E.

La courbe est donnée ci-dessous.

fab9a0fc-6abe-4f06-a87a-11e8233aaedd

a. L’espèce chimique E est-elle un réactif ou un produit ? Justifier.

b. Calculer la vitesse volumique aux instants t = 0 s et t = 40 s.

c. Comment évolue la vitesse volumique de l’espèce E au cours du temps ?

Conseils

a. Rappelez-vous qu’un réactif est consommé tandis qu’un produit est formé.

b. Déterminez le coefficient directeur de la tangente à la courbe d’évolution.

c. Observez l’évolution du coefficient directeur de la tangente le long de la courbe.

Solution

a. L’espèce chimique E est un produit car sa concentration molaire (et donc sa quantité de matière) augmente au cours du temps.

b. On calcule la vitesse volumique d’apparition de E à l’instant t = 0 s :

vt=0 s=0,500150=3,3×102 mol · L1 · s1.

On calcule la vitesse volumique d’apparition de E à l’instant t = 40 s :

vt=40 s=0,680,546020=3,5×103 mol · L1 · s1.

c. On observe que le coefficient directeur de la tangente à la courbe diminue le long de la courbe : la vitesse volumique d’apparition de l’espèce chimique diminue au cours du temps.