- expliquer et utiliser les termes équation de vitesse, ordre de réaction, ordre global de réaction, constante de vitesse, demi-vie, étape déterminante et intermédiaire
- (a) comprendre et utiliser les équations de vitesse de la forme $\text{rate} = k [\text{A}]^m[\text{B}]^n$ (pour lesquelles $m$ et $n$ sont 0, 1 ou 2) (b) déduire l'ordre d'une réaction à partir de graphiques concentration–temps ou de données expérimentales relatives à la méthode des vitesses initiales et à la méthode de la demi-vie (c) interpréter des données expérimentales sous forme graphique, y compris les graphiques concentration–temps et vitesse–concentration (d) calculer une vitesse initiale en utilisant des données de concentration (e) construire une équation de vitesse
- (a) montrez que la demi-vie d'une réaction du premier ordre est indépendante de la concentration (b) utilisez la demi-vie d'une réaction du premier ordre dans les calculs
- calculer la valeur numérique d'une constante de vitesse, par exemple en : (a) utilisant les vitesses initiales et l'équation de vitesse (b) utilisant la demi-vie, $t_{\frac{1}{2}}$, et l'équation $k = 0.693/t_{\frac{1}{2}}$
- pour une réaction à plusieurs étapes : (a) suggérer un mécanisme de réaction cohérent avec l'équation de vitesse et l'équation de la réaction globale (b) prédire l'ordre qui résulterait d'un mécanisme de réaction et d'une étape déterminante donnés (c) déduire une équation de vitesse en utilisant un mécanisme de réaction et une étape déterminante donnés pour une réaction donnée (d) identifier un intermédiaire ou un catalyseur à partir d'un mécanisme de réaction donné (e) identifier l'étape déterminante à partir d'une équation de vitesse et d'un mécanisme de réaction donné
- décrire qualitativement l'effet d'un changement de température sur la constante de vitesse et donc la vitesse d'une réaction
Cinétique chimique
Chimie A-Level · Sujet 26
8:01
Cinétique réactionnelle (A2)
Voici une vraie réaction : peroxyde d'hydrogène réagissant avec des ions iodure en milieu acide. Regardez l'équation équilibrée. Elle utilise deux ions iodure et deux ions hydrogène…
Narration en anglais · Sous-titres anglais + 中文 incrustés
26.1
Équations de vitesse et ordres
Programme
Source : Programme Cambridge International
Une équation de vitesse 速率方程 montre comment la vitesse dépend des concentrations des réactifs :
$$\text{rate} = k\,[\text{A}]^m[\text{B}]^n$$
- $m$ est l'ordre de réaction 反应级数 par rapport à A, et $n$ l'ordre par rapport à B. Chacun est $0$, $1$ ou $2$.
- l'ordre global de réaction 总反应级数 est $m + n$.
- $k$ est la constante de vitesse 速率常数. L'équation de vitesse ne peut être déterminée que par expérience, pas à partir de l'équation équilibrée.
Déterminer l'ordre
- méthode des vitesses initiales : changer une concentration à la fois et voir comment la vitesse initiale change. Si doubler $[\text{A}]$ double la vitesse, l'ordre en A est 1 ; si cela quadruple la vitesse, l'ordre est 2 ; si la vitesse reste inchangée, l'ordre est 0.
Exemple résolu. Dans des expériences sur $\text{A} + \text{B} \rightarrow$ produits, doubler $[\text{A}]$ ($[\text{B}]$ étant fixe) double la vitesse, et doubler $[\text{B}]$ ($[\text{A}]$ étant fixe) quadruple la vitesse. Écrire l'équation de vitesse et donner l'ordre global.
Doubler $[\text{A}]$ double la vitesse, donc premier ordre en A. Doubler $[\text{B}]$ quadruple ($2^2$) la vitesse, donc second ordre en B. Par conséquent
$$\text{rate} = k[\text{A}][\text{B}]^2, \qquad \text{overall order} = 1 + 2 = 3.$$
- graphiques : un graphique concentration–temps pour une réaction de premier ordre a une demi-vie 半衰期 constante (le temps nécessaire pour que la concentration soit divisée par deux). Un graphique vitesse–concentration est une droite passant par l'origine pour le premier ordre, et une courbe pour le second ordre.
Demi-vie et constante de vitesse
Pour une réaction de premier ordre, la demi-vie est constante — elle ne dépend pas de la concentration. On peut trouver la constante de vitesse à partir d'elle :
$$k = \frac{0.693}{t_{\frac{1}{2}}}$$
Exemple résolu. Une réaction de premier ordre a une demi-vie de $120\ \text{s}$. Trouver sa constante de vitesse.
$$k = \frac{0.693}{t_{1/2}} = \frac{0.693}{120} = 5.8 \times 10^{-3}\ \text{s}^{-1}.$$
On peut aussi trouver $k$ en insérant les données de vitesse initiale dans l'équation de vitesse.
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Équations de vitesse & ordres
[A] = [A]₀·bᵗ
Une réaction du premier ordre décroît exponentiellement — demi-vies égales.
Vocabulaire
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| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| rate equation/reɪt ɪˈkweɪʒn/ | 速率方程 | sù lǜ fāng chéng |
| order of reaction/ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/ | 反应级数 | fǎn yìng jí shù |
| overall order of reaction/ˌəʊvəˈrɔːl ˈɔːdə ɒv rɪˈækʃn/ | 总反应级数 | zǒng fǎn yìng jí shù |
| rate constant/reɪt ˈkɒnstənt/ | 速率常数 | sù lǜ cháng shù |
| half-life/hɑːf laɪf/ | 半衰期 | bàn shuāi qī |
26.1
Mécanismes de réaction
La plupart des réactions se déroulent en plusieurs étapes. L'étape la plus lente est l'étape limitante 决速步骤, et elle contrôle la vitesse globale. Seules les espèces impliquées jusqu'à et y compris cette étape apparaissent dans l'équation de vitesse.
- non intermédiaire 中间体 est une espèce formée à une étape puis consommée à une étape ultérieure. Il n'apparaît pas dans l'équation globale.
- vous pouvez proposer un mécanisme qui s'adapte à la fois à l'équation de vitesse et à l'équation globale, prédire l'ordre à partir d'un mécanisme donné, ou identifier l'étape déterminante.
Si vous comparez la vitesse initiale 初始速率 de différents mélanges, vous pouvez déduire l'équation de vitesse, puis en déduire le mécanisme.
Effet de la température
L'élévation de la température augmente la constante de vitesse $k$ (plus de molécules franchissent l'énergie d'activation), donc la vitesse augmente.
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Voie de mécanisme organique
Suivre le mouvement des paires d'électrons du réactif au produit.
Vocabulaire
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| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| rate-determining step/reɪt dɪˈtɜːmɪnɪŋ step/ | 决速步骤 | jué sù bù zhòu |
| intermediate/ˌɪntəˈmiːdɪət/ | 中间体 | zhōng jiān tǐ |
| initial rate/ɪˈnɪʃl reɪt/ | 初始速率 | chū shǐ sù lǜ |
26.2
Catalyseurs
Programme
- expliquer que les catalyseurs peuvent être homogènes ou hétérogènes
- décrire le mode d'action d'un catalyseur hétérogène incluant l'adsorption des réactifs, l'affaiblissement des liaisons et la désorption des produits, par exemple : (a) fer dans le procédé Haber (b) palladium, platine et rhodium dans l'élimination catalytique des oxydes d'azote des gaz d'échappement des moteurs automobiles
- décrire le mode d'action d'un catalyseur homogène en étant utilisé dans une étape et reformé dans une étape ultérieure, par exemple : (a) oxydes d'azote atmosphériques dans l'oxydation du dioxyde de soufre atmosphérique (b) $\text{Fe}^{2+}$ ou $\text{Fe}^{3+}$ dans la réaction $\text{I}^- / \text{S}_2\text{O}_8^{2-}$
Source : Programme Cambridge International
Catalyseurs 催化剂 peuvent être homogènes ou hétérogènes.
Catalyseurs hétérogènes
Un catalyseur hétérogène 多相催化剂 est dans un état physique différent des réactifs (généralement un solide avec des gaz). Il fonctionne en trois étapes :
- adsorption 吸附 : les molécules de réactif se fixent à la surface du catalyseur.
- les liaisons dans les réactifs sont affaiblies, ce qui permet une réaction plus facile.
- désorption 脱附 : les molécules de produit quittent la surface.
Exemples : fer dans le procédé Haber, et platine, palladium et rhodium dans un convertisseur catalytique.
Catalyseurs homogènes
Un catalyseur homogène 均相催化剂 est dans le même état physique que les réactifs. Il est consommé à une étape, puis reformé à une étape ultérieure, il revient donc inchangé. Exemples : oxydes d'azote aidant à oxyder le dioxyde de soufre atmosphérique, et $\text{Fe}^{2+}$ ou $\text{Fe}^{3+}$ accélérant la réaction entre $\text{I}^-$ et $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$.
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Comment un catalyseur accélère une réaction
Allumer le catalyseur et voir la vitesse bondir — il offre plus de collisions efficaces par seconde en proposant un chemin d'énergie inférieure.
Vocabulaire
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| Anglais | Chinois | Pinyin |
|---|---|---|
| catalyst/ˈkætəlɪst/ | 催化剂 | cuī huà jì |
| heterogeneous catalyst/ˌhetrəˈdʒiːnɪəs ˈkætəlɪst/ | 多相催化剂 | duō xiāng cuī huà jì |
| adsorption/ədˈsɔːpʃn/ | 吸附 | xī fù |
| desorption/dɪˈsɔːpʃn/ | 脱附 | tuō fù |
| homogeneous catalyst/həˈməʊdʒnɪəs ˈkætəlɪst/ | 均相催化剂 | jūn xiāng cuī huà jì |
26.2
Conseils d'examen
- Trouver les ordres à partir de données de vitesse initiale : doubler une concentration qui double la vitesse correspond au premier ordre, la quadruple au deuxième ordre, et ne change pas au zéro ordre.
- Écrire $\text{rate} = k[\text{A}]^m[\text{B}]^n$ et calculer les unités de $k$ à partir de celle-ci.
- L'étape déterminante contient les espèces (et les ordres) présentes dans l'équation de vitesse — utilisez cela pour tester un mécanisme.
- Une demi-vie constante indique un premier ordre.
Leçons interactives sur ce sujet
Traversez-le étape par étape, avec des exercices à vérification instantanée.