<pas d’onglet
Transfert macroscopique et cinétique
59
pchT_1705_00_06C
FESIC 2017 • Exercice 7
Transfert macroscopique et cinétique
Catalyse dans un bain-marie
On cherche à étudier l’influence de la température sur la transformation chimique ayant lieu entre le zinc et l’acide chlorhydrique (H+(aq) + Cl–(aq)).
L’équation de la transformation totale est la suivante :
Zn(s) + 2H+(aq) → Zn2+(aq) + H2(g)
Pour cela, on souhaite laisser une moitié du mélange réactionnel à température ambiante et placer l’autre moitié dans un bain-marie à 50 °C. Un volume V = 2,0 L d’eau est introduit dans le bain-marie à la température ambiante de 20 °C. La puissance de la résistance chauffante vaut P = 2,0 × 103 W.
Données
Ceau ≈ 4 × 103 J ∙ K–1 · kg–1 ; • ρ eau = 1,0 kg ∙ L–1.
Un capteur de pression permet de suivre l’évolution des deux transformations au cours du temps (à température ambiante et dans le bain-marie). À l’aide des mesures de pression, on a tracé ci-dessous l’évolution de l’avancement x au cours du temps à température ambiante.
Avancement x de la réaction en fonction du temps
▶ Pour chaque affirmation, indiquez si elle est vraie ou fausse.
a) La durée de chauffage pour atteindre les 50 °C est égale à Δt = 2 min.
b) La réaction entre le zinc et l’acide chlorhydrique est une réaction d’oxydoréduction.
c) Le temps de demi-réaction t1/2 à température ambiante est environ égal à 40 min.
d) À la température de 50 °C, l’avancement x (t1/2) est supérieur à 4,0 × 10–3 mol.
Corrigé
a) Vrai. La variation d’énergie interne s’exprime par :
ΔU =
Or, on considère que cette variation d’énergie interne correspond à l’énergie E apportée par le chauffage donc on a :
E = P × Δt.
Ainsi, on a :
Δt = =
Δt = = 120 s = 2 min
b) Vrai. Il s’agit d’un échange d’électrons entre deux couples d’oxydo-réduction.
c) Vrai. On lit sur le document la valeur de l’avancement final :
xf = 0,008 mol.
Donc, on a :
x(t1/2) = = 0,004 mol.
Sur le graphique, on lit l’abscisse du point de la courbe qui a pour ordonnée 0,004 mol.
On lit bien t1/2 = 40 min.
d) Faux. La valeur de l’avancement à la date t1/2 ne dépend pas de la température.
