« Cinétique chimique/Exercices/Mécanisme chimique » : différence entre les versions

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{{BDdebut|titre ='''<span style="bgcolor=#FEC"><span style="font-size:15px;;">Solution</span></span>'''|dérouler=Voir|enrouler=Cacher|visible=non|couleur=#DBDEFE}}
<span style="font-size:15px;;">
'''1)''' La réaction élémentaire 1 est l'étape d'amorçage. Les étapes 2 - 3 - 4 sont des propagations. L'étape 5 est la terminaison. <br /> C'est un mécanisme en chaînes.
 
 
'''2)''' On note [X] la concentration de l'espèce X en mole/L. Les vitesses de réaction sont:
::::v<sub>1</sub> = k<sub>a</sub> × [Br<sub>2</sub>] ,
::::v<sub>2</sub> = k<sub>2</sub> × [CH<sub>4</sub>] × [Br<sup>•</sup>] ,
::::v<sub>3</sub> = k<sub>3</sub> × [Br<sub>2</sub>] × [CH<sub>3</sub><sup>•</sup>] ,
:::: v<sub>4</sub> = k<sub>4</sub> × [HBr] × [CH<sub>3</sub><sup>•</sup>] ,
:::: v<sub>5</sub> = k<sub>5</sub> × [Br<sup>•</sup>]<sup>2</sup> × [M] .
 
'''3)''' En physique, l'approximation dite <<adiabatique>> est très générale et très utilisée. Elle consiste à distinguer les variables rapides et les variables de contrôle du phénomène étudié. En cinétique chimique, cette approximation adiabatique porte le nom d' "Approximation de l'état quasi-stationnaire" (AEQS). En cinétique, les variables rapides sont les espèces très réactives comme par exemple les radicaux. Pour une espèce très réactive X, on écrit alors:
 
:::<math> \frac{d[X]}{dt} = vitesse\ de\ formation - vitesse\ de\ disparition \quad \approx \quad 0 </math>
 
Ici, les radicaux Br<sup>•</sup> et CH<sub>3</sub><sup>•</sup> sont concernés et on aura donc:
 
:::<math> \frac{d[Br^{\bullet}]}{dt} \quad \approx \quad 0 \quad \quad \mathrm{et} \quad \quad \frac{d[CH_3^{\bullet}]}{dt} \quad \approx \quad 0 </math>
 
 
'''4)''' On demande d'établird’établir la loi de vitesse pour cette réaction et on nous a précisé que la vitesse de la réaction est la vitesse d'apparition de CH₃Br.
 
 
On aura: + d[CH₃Br]/dt = v<sub>3</sub> = k<sub>3</sub> × [Br<sub>2</sub>] × [CH<sub>3</sub><sup>•</sup>]
 
 
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On en déduit:
<math>
\begin{cases}
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Comme [M] reste constante avec [M] ~ [M]<sub>0</sub>, alors on pose k<sub>5</sub>' = k<sub>5</sub>.[M] ~ k<sub>5</sub>.[M]<sub>0</sub> .
 
 
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;remarque
La vitesse de disparition du méthane est: - d[CH<sub>4</sub>]/dt = v<sub>2</sub> - v<sub>4</sub> = v<sub>3</sub> = vitesse d'apparition de CH<sub>3</sub>Br
 
La vitesse de la réaction peut donc être considérée comme la vitesse d'apparition de CH<sub>3</sub>Br ou comme la vitesse de disparition du méthane.
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'''5)''' Le mécanisme de la réaction est complexe (mécanisme en chaîne) et on n'a pas d'ordre cinétique.
 
Pour t = 0, on aura [HBr] = 0 et la vitesse initiale est alors:
 
:::<math> \mathrm{vitesse\ de\ la\ r\acute{e}action}\ _{t=0} = k_2 . k_3 . \sqrt{\frac{k_a}{k_5'}} . \frac{[Br_2]_0^{3/2} . [CH_4]_0}{k_3 . [Br_2]_0 + 0} </math>
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'''6)''' si <math> k_a \ \ \nearrow \ \mathrm{alors} \quad \quad \mathrm{vitesse\ de\ la\ r\acute{e}action}\ \nearrow </math>
 
</span>