Catalyse dans un bain-marie

Merci !

Annales corrigées
Classe(s) : Tle S | Thème(s) : Structure et transformation de la matière
Type : Exercice | Année : 2017 | Académie : Inédit


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 × 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.

pchT_1705_00_06C_01

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

Corrigé

a) Vrai. La variation d’énergie interne s’exprime par :

ΔU = ρeau×Veau×Ceau×(TfTi)

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 = EP=UP = ρeau×Veau×Ceau×(TfTi)P

Δt = 1,0×2,0×4×103×(5020)2,0×103 = 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= xf2 = 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.