Selon la durée qui sépare l’instant de la mise en présence des réactifs de celui qui correspond à l’achèvement de la réaction (formation des produits et disparition des réactifs), on peut qualifier une réaction de lente ou de rapide. L’évolution d’une réaction lente peut être suivie par un capteur.

IRéactions lentes ou rapides

Une réaction est rapide si elle s’achève dès la mise en présence des réactifs. On ne peut pas mesurer la durée qui sépare le début de la fin de la réaction.

Une réaction est lente si sa durée est comprise entre quelques secondes et plusieurs heures.

IISuivi d’une transformation lente

Suivre l’évolution d’une réaction lente consiste à obtenir la courbe d’évolution au cours du temps de la quantité de matière d’un réactif ou d’un produit.

Un capteur adapté permet de réaliser le suivi de la transformation.

On peut aussi réaliser ce suivi en effectuant, à des intervalles réguliers de temps, des dosages d’un des réactifs ou d’un des produits de la réaction chimique.

Le temps de demi-réaction t_1/2 est la durée au bout de laquelle la moitié du réactif limitant a disparu : sa quantité de matière a été divisée par 2.

Méthode

Choisir un capteur adapté et déterminer le temps de demi-réaction

On réalise la réaction entre une solution d’acide chlorhydrique (H⁺_(aq) + Cl⁻_(aq)) et le fer Fe_(s). L’équation de la réaction est la suivante :

$2{\text{H}}_{\left(\text{aq}\right)}^{+}+{\text{Fe}}_{\left(\text{s}\right)}\to {\text{H}}_2{}_{\left(\text{g}\right)}+{\text{Fe}}_{\left(\text{aq}\right)}^{2+}$.

Toutes les espèces chimiques sont incolores en solution aqueuse.

a. Justifier que le choix le plus approprié pour suivre la réaction est un pressiomètre.

b. Déterminer la relation entre la pression de dihydrogène H₂ formé $P_{{\text{H}}_2}$(t) et la quantité de matière d’ions hydrogène H⁺ consommée $n_{{\text{H}}^{+}}$(t).

c. L’évolution de la quantité d’ions hydrogène consommée au cours du temps est donnée ci-contre. Déterminer le temps de demi-réaction.

Conseils

a. Remarquez qu’il y a une espèce chimique formée qui est gazeuse.

b. Utilisez les relations de proportionnalité entre les quantités de matière des réactifs consommées et celles des produits formées, puis utilisez la loi des gaz parfaits.

c. Le temps de demi-réaction se calcule à partir de l’évolution de la quantité de matière du réactif limitant.

Solution

a. Le dihydrogène étant le seul gaz formé, on peut utiliser un pressiomètre pour mesurer l’augmentation de pression due à sa formation.

b. On applique la relation de stœchiométrie : $\frac{n_{{\text{H}}^{+}}\left(t\right)}{2}=\frac{n_{{\text{H}}_2}\left(t\right)}{1}$

Puis on applique la loi des gaz parfaits : $n_{{\text{H}}_2}\left(t\right)=\frac{P_{{\text{H}}_2}\left(t\right)V}{RT}$

donc $n_{{\text{H}}^{+}}\left(t\right)=2\frac{P_{{\text{H}}_2}\left(t\right)V}{\text{R}T}$.

c. L’ion hydrogène est le réactif limitant car sa quantité de matière s’annule. Le temps de demi-réaction est tel que : n(t_1/2) = 0,010 mol.

On trouve graphiquement : t_1/2 = 10,0 s.

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