Cinétique, équilibre : contrôle de sciences physiques en terminale – PDF gratuit à télécharger et imprimer

L’eau oxygénée H₂O₂ se décompose lentement selon la réaction d’équation 2 H₂O₂(aq) → 2 H₂O(l) + O₂(g). Puis en présence d’ions fer(III), la réaction devient observable. Ensuite, on suit la concentration c en peroxyde d’hydrogène d’un volume V = 200 mL de solution, de concentration initiale c₀ = 100 mmol/L. Puis la courbe c = f(t) est donnée, avec la tangente à t = 0 en pointillés.

1. Définir la vitesse volumique de disparition d’un réactif.
2. Citer deux facteurs cinétiques et dire comment agit un catalyseur.
3. Définir le temps de demi-réaction et le déterminer graphiquement.
4. De plus, la disparition suit une loi d’ordre 1 : c(t) = c₀ e^−kt, avec t_1/2 = ln 2 ÷ k. Calculer k avec son unité.
5. Calculer la durée au bout de laquelle la concentration est égale à 10,0 mmol/L.
6. À l’aide de la tangente, calculer la vitesse volumique de disparition de H₂O₂ à t = 0, en mol/L/min.
7. Calculer le volume de dioxygène dégagé à t = 20 min, sachant que c(20 min) = 55 mmol/L et que le volume molaire des gaz vaut 24,0 L/mol.

L’estérification CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O se fait en milieu homogène, avec une constante d’équilibre K = 4,0 à la température de l’étude. De plus, on prépare un mélange dont la composition initiale est donnée par le diagramme ci-dessous.

1. Exprimer le quotient de réaction Q_r et calculer sa valeur initiale Q_r,i.
2. Donc, dans quel sens le système évolue-t-il spontanément ? Justifier.
3. Déterminer la composition du système à l’équilibre.

Enfin, on reprend la réaction de l’exercice 2 (K = 4,0). Ensuite, on part de 1,0 mol d’acide éthanoïque et de 1,0 mol d’éthanol, sans ester ni eau.

1. Dresser le tableau d’avancement, puis déterminer l’avancement à l’équilibre x_éq en utilisant la constante d’équilibre.
2. Calculer le rendement de la synthèse.
3. Ensuite, on recommence avec 1,0 mol d’acide et 3,0 mol d’éthanol. Montrer que x_éq est solution de 3x² − 16x + 12 = 0, puis calculer x_éq et le nouveau rendement. (Racine à retenir : x < 1,0 mol.)
4. Citer deux moyens d’augmenter le rendement d’une estérification et expliquer pourquoi ils fonctionnent.

Puis, on considère 1,0 L de solution d’acide éthanoïque de concentration apportée c = 1,0 × 10⁻² mol/L. Par ailleurs, la constante d’équilibre de la réaction de l’acide avec l’eau vaut K = 1,6 × 10⁻⁵.

1. Écrire l’équation de la réaction avec l’eau et l’expression de K.
2. Établir l’équation du second degré vérifiée par l’avancement x_éq (en mol) et la résoudre.
3. Ainsi, en déduire le pH de la solution et le taux d’avancement final.
4. On dilue cette solution à l’équilibre dix fois avec de l’eau. Calculer le quotient de réaction juste après la dilution et indiquer le sens d’évolution.
5. Après retour à l’équilibre, le taux d’avancement est-il plus grand ou plus petit qu’avant la dilution ? Justifier sans calcul.