On s'attaque au TP n°7, suivi cinétique. Dans ce TP, l'objectif est d'étudier les facteurs cinétiques qui vont influencer la cinétique d'une réaction chimique. On a des rappels sur la loi de Gaspar Arfet, PV est égal à nRT, avec les rappels sur les unités. On présente... une réaction, c'est la réaction qui sera étudiée, donc la réaction entre l'hydrogénocarbonate HCO3-et les ions oxyodinium H3+, qui donne du CO2, donc du dioxyde de carbone gazeux, et de l'eau. Et on va faire un suivi de cette réaction grâce à la mesure de pression, donc c'est ce qu'on appelle de la manométrie ou de la pressiométrie. Ensuite on a une réaction qui est présentée, l'équation bilan HCO3-qui est de l'hydrogénocarbonate plus des ions oxonium H3O+, qui vont former du dioxyde de carbone sous forme de gaz, donc CO2, et de l'eau liquide. Cette réaction sera suivie par une mesure de pression, grâce à un pressiomètre. Ensuite vous avez le protocole expérimental qui est présenté. Vous allez d'abord peser l'hydrogénocarbonate et le placer dans le bicolle. C'est cette verrerie qui est placée au centre. Le bicolle sera dans un bain-marie pour fixer la température dans le ballon. Ensuite, on va adapter cette verrerie qui est sur le côté gauche, qu'on appelle une ampoule de coulée. A l'intérieur, vous allez mettre la solution d'acide chlorhydrique. et sur la droite vous voyez aussi un autre appareil le pressiomètre donc lui vous avez un petit tuyau qui va permettre de faire mesurer la pression dans le bicolle grâce au montage qui est présenté et lorsque vous allez démarrer votre transformation, vous allez d'abord noter la pression initiale à T égale à 0 seconde, c'est-à-dire quand on n'a pas encore mis l'acide chlorhydrique, et vous allez déclencher le chronomètre, et ouvrir le robinet pour entamer votre transformation. Alors, dans un premier temps, on nous demande quelles auraient été l'autre méthode ou les autres méthodes qui auraient pu permettre de suivre l'évolution de la vitesse de cette réaction. Moi, je propose... de dire qu'on aurait pu faire un suivi pH métrique, parce que c'est une réaction acido-basique, entre une base et un acide, ou conductimétrique, car on a des ions au départ, HCO3-et H3O+, et ces ions vont disparaître, donc il va y avoir une variation de conductivité au cours de la transformation. Vous proposez soit l'un, soit l'autre, ça suffira. Ensuite, on veut montrer que la pression à l'intérieur du ballon bicole va varier lorsqu'on va mettre en oeuvre le protocole expérimental. On va essayer de justifier si on peut s'attendre à ce que la pression augmente ou diminue en supposant que la température reste constante. Tout d'abord, il faut rappeler qu'au cours de cette transformation, il se forme du dioxyde de carbone, qui est un gaz, donc la quantité de gaz va augmenter dans le ballon bicolle, et selon l'équation des gaz parfaits, la relation PV est égale à nRT, on peut la modifier pour isoler P, P est égale à nRT sur V. et donc on en déduit forcément que la pression va augmenter parce que lors de notre réaction, la quantité de matière en gaz augmente, le N augmente, alors que la température ne varie pas parce qu'on est dans une situation où le ballon bicole est plongé dans un bain-marie pour que la température ne varie pas. Et de la même façon, il est fermé et le volume de gaz restera lui aussi constant. Donc on a T et V qui sont constants au cours de la transformation et N qui augmente, donc forcément on a la pression qui augmente dans notre ballon bicole. Ensuite, on va réaliser la réaction, donc mélanger une masse d'hydrogénocarbonate de 0,30 g avec de l'acide chlorhydrique. On va la réaliser 3 fois. Elle aura été faite 2 fois auparavant et vous, vous aurez à la faire une seule fois. Ici, j'ai fixé pourquoi pas, on va imaginer qu'on réalise l'expérience 3. L'expérience 3, c'est mélanger 0,30 g d'hydrogène au carbonate de sodium avec 40 ml d'acide chlorhydrique pour avoir une concentration de 0,10 mol par litre. Pour réaliser cette expérience, on nous demande Comment préparer 50 ml de solution aqueuse d'acide chlorhydrique, qui sera utilisée dans l'expérience numéro 3, à partir de celle qui est utilisée dans l'expérience numéro 1, la solution S1 ? On remarque que dans l'expérience S1, la concentration est de 0,50 mol litre moins 1, et que dans la 3, elle est de 0,10 mol litre moins 1. Donc la concentration a été divisée par 5. On a forcément réalisé ici une dilution. Donc on réalise une dilution par 5, soit un facteur de dilution qui est égal à 5, le facteur de dilution c'est que c'est Vf sur V0, le volume Φ sur le volume mR, et donc on peut isoler V0 pour déterminer quel est le volume à prélever pour réaliser notre dilution. Donc on a 50 divisé par 5 et on obtient 10 millilitres. Ensuite, une fois qu'on a cette information, on peut vraiment donner le protocole. On prélève 10 millilitres d'acide chlorhydrique avec une pipette jaugée préalablement rincée, munie de sa propipette, et on les verse dans une fiole jaugée de 50 millilitres. Ça c'est des... portions de protocole qui sont à connaître par cœur parce que vous allez les rencontrer très souvent dans différents ECE. Ensuite, on ajoute de l'eau distillée dans la fiole pour atteindre 2 tiers de son volume. On homogénéise, on mélange, on complète afin que le bas du ménisque de la solution soit au niveau du trait de George. On complète avec de l'eau distillée. Et normalement, on a une dernière homogénéisation. Maintenant que la solution est prête, vous pouvez réaliser le suivi cinétique de l'expérience numéro 3. et donc vous allez verser votre acide fluorhydrique et pour 0 seconde, 5 secondes, 10 secondes, etc. vous allez mesurer la pression et la noter dans ce tableau. Une fois que l'expérience est réalisée, vous allez pouvoir reporter ces mesures dans un fichier du tableur grapheur. Alors normalement ce fichier vous sera fourni parce que vous devriez avoir les valeurs pour les deux autres expériences que vous n'avez pas faites. et on vous demande de tracer la courbe représentant les variations de la pression au cours du temps. Donc vous devriez obtenir quelque chose qui ressemble à cela. Vu qu'on a parlé de variation de pression, moi je pense que ce sera delta P, avec P qui est la valeur de la pression à une date donnée, et P0, la valeur de la pression justement à 0. Donc ce qui nous donnerait pour le premier point... cette pression moins elle-même, donc 0, et pour les suivants, la différence qui nous permettrait de savoir quelle est l'augmentation de pression qui est due réellement à la transformation. Maintenant qu'on a ça, on voit les trois courbes. Vous les obtenez par exemple avec Excel en faisant insertion graphique nuage de points ou alors en utilisant le tableur que vous maîtrisez, que vous utilisez d'habitude en TP. Une fois que vous avez fait ça, on va pouvoir analyser ces courbes et on nous demande quels sont les enseignements qu'on peut tirer des courbes obtenues sur la vitesse de la réaction. Si on s'intéresse à ces courbes, on voit que pour l'expérience numéro 1, on atteint l'état final plus tôt, la pression maximale est atteinte plus tôt que les autres, et donc ça signifie que la vitesse de réaction est plus importante. On sait aussi que la quantité de matière en dioxyde de carbone est proportionnelle à P grâce à la loi des gaz parfaits. et donc on a directement un lien entre l'évolution de cette courbe et l'évolution de la vitesse de la réaction au cours du temps. Donc ça, ça nous permet de montrer que la vitesse de réaction augmente avec la concentration en acide chlorhydrique parce que l'état final est atteint plus vite pour l'expérience numéro 1 que pour l'expérience numéro 2 et encore plus vite que pour l'expérience numéro 3. ça signifie que la concentration en réactif est bien un facteur cinétique. Et pour finir, on va vous demander que se passerait-il si on réalisait cette expérience une nouvelle fois en imposant une température de 40°C dans le bain-marie, donc en augmentant la température au sein du bicolle. La température, c'est un facteur cinétique, donc si la température augmente, on sait forcément que la vitesse de réaction va augmenter, la pression augmentera aussi plus vite au cours du temps, et on atteindra la valeur maximale plus tôt. Donc on atteindra l'état final plus tôt à 40°C qu'à 25°C. Et on nous demande de tracer l'allure de ces courbes, et c'est ce que je vous propose ici. Donc vous voyez que pour une température de 40°C, on atteint un plateau plus tôt. L'asymptote horizontale est atteinte plus tôt que pour notre expérience à 25°C. Par contre on remarque que forcément à un moment donné elles se rejoignent parce que la pression qu'on a à la fin dépend directement de la quantité de matière en réactif limitant. Et pour toutes les expériences on avait tout le temps 0,30 g de notre hydrogénocarbonate. Pour finir il suffit de défaire le montage, ranger la paillasse et sortir en sifflotant parce qu'on a réussi le CE. Je vous le souhaite.