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Terminale · Physique-Chimie · Chapitre 1

Cinétique et évolution spontanée des systèmes chimiques

Ce que tu sauras faire

  • Définir et calculer une vitesse volumique de disparition d'un réactif et de formation d'un produit, et les relier par les coefficients stœchiométriques
  • Déterminer une vitesse à une date donnée en traçant la tangente à la courbe de suivi, unités comprises
  • Identifier et exploiter les facteurs cinétiques : température, concentration, état de division, solvant
  • Déterminer un temps de demi-réaction à partir d'une courbe ou d'un tableau de mesures
  • Exploiter une loi de vitesse d'ordre 1 : v=k [A]v = k\,[A], décroissance exponentielle, linéarisation par ln⁡[A]\ln[A], et t1/2=ln⁡2kt_{1/2} = \dfrac{\ln 2}{k}
  • Expliquer le rôle d'un catalyseur et distinguer catalyse homogène, hétérogène et enzymatique
  • Écrire le quotient de réaction QrQ_r d'un système et le calculer à un instant quelconque
  • Prévoir le sens d'évolution spontanée d'un système en comparant QrQ_r à la constante d'équilibre KK

Au programme du chapitre

  1. Suivre une transformation au cours du temps
  2. La vitesse volumique de réaction
  3. Les facteurs cinétiques
  4. Le temps de demi-réaction
  5. La loi de vitesse d'ordre 1
  6. Le catalyseur
  7. Le quotient de réaction
  8. La constante d'équilibre et les transformations non totales
  9. Le critère d'évolution spontanée

Exercices corrigés

Exercice 1

Une réaction est décrite comme « très rapide ». Peut-on en déduire qu'elle est totale ? Et une réaction « très lente » est-elle forcément limitée ?
Un coup de pouce
Cherche un exemple de chaque combinaison : une réaction acide-base d'un côté, la rouille de l'autre.
Voir la correction pas à pas
Non, dans les deux cas : la rapidité et l'étendue d'une transformation sont deux propriétés indépendantes.
La rapidité est une question de cinétique : elle se mesure par une vitesse ou un temps de demi-réaction. L'étendue est une question d'état final : elle se mesure par le taux d'avancement final τ\tau, et se prévoit par la constante d'équilibre KK.
Contre-exemple 1 (rapide et limitée) : l'acide éthanoïque dans l'eau réagit en une fraction de seconde, et pourtant, à 1,0×10−21{,}0 \times 10^{-2} mol·L⁻¹, son taux d'avancement final n'est que de 4,2 %. Plus de 95 % des molécules d'acide sont intactes à l'équilibre.
Contre-exemple 2 (lente et totale) : la corrosion du fer à l'air humide met des années, mais elle ne s'arrête pas avant d'avoir consommé tout le métal accessible : τ=1\tau = 1.
Conclusion : ces deux questions se posent séparément et se répondent avec des outils différents.

Exercice 2

Un élève affirme : « j'ajoute un catalyseur, donc j'obtiendrai plus de produit ». Que penses-tu de cette phrase ?
Un coup de pouce
Regarde un profil énergétique avec et sans catalyseur : qu'est-ce qui change, qu'est-ce qui ne change pas ?
Voir la correction pas à pas
Elle est fausse, et c'est l'erreur la plus fréquente du chapitre.
Un catalyseur agit uniquement sur la durée : il ouvre un chemin réactionnel dont la barrière énergétique est plus basse, ce qui rend une plus grande proportion de chocs efficaces. Mais sur un profil énergétique, les niveaux des réactifs et des produits sont rigoureusement inchangés.
Par conséquent, le catalyseur ne modifie ni la constante d'équilibre KK (qui ne dépend que de la température), ni le taux d'avancement final τ\tau, ni la composition de l'état final. La quantité de produit obtenue est exactement la même.
La phrase correcte serait : « j'ajoute un catalyseur, donc j'obtiendrai la même quantité de produit, mais beaucoup plus vite ». Pour une estérification limitée à τ=67 %\tau = 67\ \%, l'acide sulfurique fait passer la durée de plusieurs semaines à quelques heures — le taux reste 67 %.

Les pièges à éviter

  • Confondre « rapide » et « total » : croire qu'une réaction rapide consomme forcément tous ses réactifs.
  • Lire une vitesse instantanée sur la corde au lieu de la tangente, en prenant deux points de la courbe.
  • Oublier le signe moins et annoncer une vitesse de disparition négative.
  • Oublier de diviser par le coefficient stœchiométrique et confondre vv, vdisv_{\mathrm{dis}} et vforv_{\mathrm{for}}.

Pour aller plus loin

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