Cinétique chimique en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de cinétique chimique pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- Vitesse volumique de réaction, temps de demi-réaction
- Loi de vitesse d'ordre 1
- Facteurs cinétiques : concentration, température
- Catalyse homogène, hétérogène, enzymatique
Vitesse volumique de réaction
C'est la rapidité avec laquelle les réactifs disparaissent ou les produits se forment dans un volume donné. Elle se mesure en mol/(L·s) et représente la variation de concentration par unité de temps.
Exemple
Quand tu verses du vinaigre sur du bicarbonate de soude, la réaction est rapide au début (mousse abondante) puis ralentit. C'est parce que la vitesse volumique diminue au fur et à mesure.
À retenir : La vitesse volumique est définie par $v = - rac{1}{\nu} rac{d[réactif]}{dt}$ ou $v = rac{1}{\nu} rac{d[produit]}{dt}$ où $\nu$ est le coefficient stoechiométrique.
Temps de demi-réaction
C'est le temps nécessaire pour que la concentration d'un réactif soit divisée par deux depuis le début de la réaction. Il permet de comparer rapidement la vitesse de différentes réactions.
Exemple
Si tu chauffes du lait, il s'acidifie progressivement. Le temps de demi-réaction est le moment où l'acidité a augmenté de moitié par rapport au début.
À retenir : Pour une réaction d'ordre 1, le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ est indépendant de la concentration initiale : $t_{1/2} = rac{\ln(2)}{k}$
Loi de vitesse d'ordre 1
Une réaction suit une loi d'ordre 1 quand sa vitesse dépend linéairement de la concentration d'un réactif. La vitesse est proportionnelle à [réactif] élevée à la puissance 1.
Exemple
La désintégration radioactive suit une loi d'ordre 1 : plus il y a d'atomes instables, plus vite ils se désintègrent. C'est aussi le cas de la décomposition du peroxyde d'hydrogène.
À retenir : Pour l'ordre 1 : $v = k[A]$ et $[A](t) = [A]_0 e^{-kt}$ où k est la constante de vitesse en s⁻¹.
Facteur cinétique : concentration
La concentration des réactifs influence directement la vitesse de réaction. Plus la concentration est élevée, plus les molécules sont proches et plus elles se rencontrent fréquemment.
Exemple
Un comprimé effervescent se dissout beaucoup plus vite dans l'eau chaude concentrée que dans l'eau froide diluée. C'est l'effet de la concentration des réactifs.
À retenir : Augmenter la concentration des réactifs augmente la fréquence des chocs entre molécules et donc la vitesse de réaction.
Facteur cinétique : température
La température accélère les réactions chimiques en donnant plus d'énergie cinétique aux molécules. Elles se déplacent plus vite et se heurtent plus violemment, ce qui favorise les réactions.
Exemple
La viande cuit beaucoup plus vite à 200°C qu'à 100°C. Les réactions chimiques de cuisson sont accélérées par la température plus élevée.
À retenir : En général, augmenter la température de 10°C multiplie la vitesse de réaction par 2 à 4 (règle empirique).
Catalyse homogène
Un catalyseur homogène est une substance qui accélère une réaction en restant dans le même état physique que les réactifs (tous en solution, par exemple). Il n'est pas consommé et réapparaît à la fin.
Exemple
Les ions H⁺ catalysent l'hydrolyse des esters en solution aqueuse. L'acide sulfurique concentré catalyse l'estérification en chimie organique.
À retenir : Un catalyseur homogène abaisse l'énergie d'activation en formant des intermédiaires réactionnels, sans être consommé.
Catalyse hétérogène
Un catalyseur hétérogène est une substance dans un état physique différent des réactifs (solide pour des réactifs en solution, par exemple). La réaction se fait à la surface du catalyseur.
Exemple
Le pot catalytique des voitures utilise des métaux (platine, palladium) pour transformer les gaz polluants. La réaction se fait à la surface du catalyseur solide.
À retenir : La catalyse hétérogène se fait en surface : l'adsorption des réactifs, la réaction, puis la désorption des produits.
Catalyse enzymatique
Les enzymes sont des protéines biologiques qui catalysent les réactions dans les organismes vivants. Elles sont très spécifiques et très efficaces, fonctionnant à température corporelle.
Exemple
L'amylase salivaire catalyse la dégradation de l'amidon en sucres simples dès que tu mâches du pain. C'est pourquoi le pain devient sucré après quelques secondes en bouche.
À retenir : Les enzymes abaissent fortement l'énergie d'activation et sont très spécifiques : une enzyme catalyse généralement une seule réaction.
Les points clés
- La vitesse d'une réaction dépend de la concentration des réactifs et de la température
- L'ordre de réaction détermine comment la vitesse varie avec la concentration
- Un catalyseur accélère une réaction sans être consommé en abaissant l'énergie d'activation
- Le temps de demi-réaction permet de comparer rapidement les vitesses de réactions différentes
- Les enzymes sont des catalyseurs biologiques très efficaces et très spécifiques
L'essentiel
La vitesse d'une réaction chimique dépend principalement de la concentration des réactifs, de la température et de la présence d'un catalyseur, qui abaisse l'énergie d'activation sans être consommé.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
On étudie la décomposition du peroxyde d'hydrogène H₂O₂ catalysée par des ions Fe²⁺. La concentration initiale de H₂O₂ est 0,1 mol/L. Après 10 minutes, elle est 0,05 mol/L. Sachant que cette réaction suit une loi d'ordre 1, calcule la constante de vitesse k et le temps de demi-réaction.
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Une réaction entre A et B en solution aqueuse a une vitesse de 2 × 10⁻⁴ mol/(L·s) à 25°C avec [A] = 0,1 mol/L et [B] = 0,2 mol/L. Quand on augmente la température à 35°C, la vitesse devient 6 × 10⁻⁴ mol/(L·s). Calcule le coefficient de température (facteur par lequel la vitesse est multipliée pour une augmentation de 10°C).
Corrige cet exercice avec le tuteur →