Cinétique chimique : corrigé du TP de sciences physiques terminale

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Voici le corrigé du TP de cinétique : résultats types pour la décomposition catalysée de l’eau oxygénée, courbes tracées, réponses détaillées et compte rendu modèle. Tes valeurs peuvent varier avec la température de la pièce et la quantité de catalyseur.

Ce corrigé de TP est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

Sommaire

Résultats types : corrigé TP cinétique

t (s)	0	30	60	90	120	180	240	300
V(O₂) (mL)	0	15,8	27,0	34,9	40,5	47,2	50,6	52,3
x (mmol)	0	0,66	1,13	1,45	1,69	1,97	2,11	2,18
ln (V_∞ − V), V_∞ = 54 mL	3,99	3,64	3,30	2,95	2,60	1,91	1,22	0,52

Résultats types : volume de dioxygène recueilli en fonction du temps.

Résultats types : ln (V_∞ − V) en fonction du temps, une droite de pente −k.

Réponses aux questions

2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ ; n(H₂O₂) = n₀ − 2x ; n(O₂) = x ; x_max = n₀ ÷ 2.
n₀ = 0,89 × 5,0 × 10⁻³ = 4,45 × 10⁻³ mol ; x_max = 2,2 × 10⁻³ mol ; V_max = 2,2 × 10⁻³ × 24,0 = 53 mL : conforme au palier mesuré (54 mL) à 2 % près.
La pente de la courbe est maximale à t = 0 puis diminue : la vitesse décroît car H₂O₂ se consomme.
Palier 54 mL ; moitié 27 mL, lu à t_1/2 ≈ 60 s.
Tangente à l’origine : elle atteint 54 mL vers t = 87 s ; pente = 54 ÷ 87 = 0,62 mL·s⁻¹ = 6,2 × 10⁻⁴ L·s⁻¹ ; dx/dt = 6,2 × 10⁻⁴ ÷ 24,0 = 2,6 × 10⁻⁵ mol·s⁻¹ ; v₀ = 2,6 × 10⁻⁵ ÷ 12,0 × 10⁻³ = 2,2 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹ (v = (1 ÷ V) dx/dt).
[H₂O₂](t) = (n₀ − 2x) ÷ V : à t = 0, 4,45 × 10⁻³ ÷ 12,0 × 10⁻³ = 0,37 mol·L⁻¹ ; à t = 60 s, x = 1,13 mmol : (4,45 − 2,25) × 10⁻³ ÷ 12,0 × 10⁻³ = 0,18 mol·L⁻¹ (la moitié) ; à t = 120 s, x = 1,69 mmol : (4,45 − 3,38) × 10⁻³ ÷ 12,0 × 10⁻³ = 0,09 mol·L⁻¹.
V_∞ − V est proportionnel à la quantité de H₂O₂ restante, donc à sa concentration : si ln (V_∞ − V) est une droite, ln [H₂O₂] = ln [H₂O₂]₀ − k t : ordre 1. Pente = (0,52 − 3,99) ÷ 300 = −1,16 × 10⁻² s⁻¹, donc k = 1,16 × 10⁻² s⁻¹ ; ln 2 ÷ t_1/2 = 0,693 ÷ 60 = 1,16 × 10⁻² s⁻¹ : accord parfait.
On agite pour homogénéiser et faciliter le dégagement du gaz dissous ; le montage ne doit pas être hermétique pour que le gaz repousse le piston sans surpression. Causes d’erreur : fuites du bouchon, piston qui accroche, gaz dissous dans la solution, déclenchement tardif du chronomètre.

Conclusion et compte rendu modèle

Nous avons suivi la décomposition catalysée de l’eau oxygénée 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂ par mesure du volume de dioxygène dégagé. Le volume final lu (54 mL) est en accord avec la valeur calculée (53 mL), ce qui montre que la transformation est totale. La courbe V(O₂) = f(t) a une pente maximale à l’origine puis décroissante : la vitesse volumique diminue au cours du temps, de 2,2 × 10⁻³ mol·L⁻¹·s⁻¹ à t = 0 jusqu’à une valeur presque nulle au palier. Le temps de demi-réaction, lu pour V = 27 mL, vaut 60 s. Le graphique ln (V_∞ − V) en fonction de t est une droite de pente −1,16 × 10⁻² s⁻¹ : la décomposition obéit à une loi de vitesse d’ordre 1 avec k = 1,16 × 10⁻² s⁻¹, valeur cohérente avec ln 2 ÷ t_1/2. Le catalyseur ne modifie pas l’avancement final : il accélère seulement la transformation. Les sources d’incertitude principales sont la lecture du volume, les fuites éventuelles et la précision du chronométrage.

Erreurs fréquentes en TP

Boucher hermétiquement l’erlenmeyer : la surpression fausse la mesure ou projette le bouchon.
Oublier de démarrer le chronomètre au moment exact du mélange du catalyseur.
Confondre V(O₂) et le volume de la solution dans le calcul de v.
Tracer ln V au lieu de ln (V_∞ − V), ce qui ne donne pas de droite.
Oublier le facteur 2 entre n(H₂O₂) consommée et x.
Relever des volumes sans attendre que le piston soit stabilisé.

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