La cinétique chimique

Exercice 1 : Loi de vitesse

Niveau : Moyen

1. Une réaction chimique suit une loi de vitesse d’ordre 2 : $v = k [A]^2$. Si la concentration initiale de $A$ est $0.5 \, \text{mol/L}$ et que la constante de vitesse $k$ est $0.1 \, \text{L/mol}\cdot\text{s}$, calculer la vitesse initiale de la réaction.

Exercice 2 : Loi d’Arrhenius

Niveau : Moyen

2. La constante de vitesse \( k \) d’une réaction est \( 5.0 \times 10^{-3} \, \text{s}^{-1} \) à \( 25^\circ C \) et \( 1.5 \times 10^{-2} \, \text{s}^{-1} \) à \( 35^\circ C \). Utilisez l’équation d’Arrhenius pour déterminer l’énergie d’activation \( E_a \) de la réaction. (\( R = 8.314 \, \text{J/mol}\cdot\text{K} \))

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 3 : Temps de demi-réaction

Niveau : Moyen

3. Pour une réaction d’ordre zéro, la concentration de \( A \) diminue de \( 0.4 \, \text{mol/L} \) en \( 30 \, \text{min} \). Quelle est la constante de vitesse \( k \) ? Quelle sera la concentration de \( A \) après \( 2 \, \text{heures} \) si la concentration initiale est \( 1.2 \, \text{mol/L} \) ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 4 : Équation intégrée de vitesse d’ordre 1

Niveau : Difficile

4. La réaction de décomposition d’un composé \( A \) suit une cinétique de premier ordre avec une constante de vitesse \( k = 0.5 \, \text{min}^{-1} \). Si la concentration initiale de \( A \) est \( 1.0 \, \text{mol/L} \), quelle sera sa concentration après \( 3 \, \text{minutes} \) ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 5 : Loi de vitesse d’ordre 2

Niveau : Difficile

5. Une réaction suit une cinétique de deuxième ordre avec respect à \( A \). La constante de vitesse \( k \) est \( 0.05 \, \text{L/mol}\cdot\text{s} \). Si la concentration initiale de \( A \) est \( 0.1 \, \text{mol/L} \), combien de temps faudra-t-il pour que la concentration de \( A \) atteigne \( 0.025 \, \text{mol/L} \) ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 6 : Réaction parallèle

Niveau : Très difficile

6. Considérons une réaction où \( A \) se décompose en \( B \) et \( C \) selon deux réactions parallèles :

\( A \rightarrow B \quad (k_1 = 0.1 \, \text{min}^{-1}) \)

\( A \rightarrow C \quad (k_2 = 0.2 \, \text{min}^{-1}) \)

Si la concentration initiale de \( A \) est \( 1.0 \, \text{mol/L} \), quelles sont les concentrations de \( B \) et \( C \) après \( 10 \, \text{minutes} \) ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 7 : Équation de Michaelis-Menten

Niveau : Très difficile

7. Une enzyme catalyse la réaction de conversion d’un substrat \( S \) en produit \( P \) selon la cinétique de Michaelis-Menten. Les constantes \( K_m \) et \( V_{max} \) sont respectivement \( 0.5 \, \text{mol/L} \) et \( 1.0 \, \text{mol/L}\cdot\text{min} \). Si la concentration initiale de \( S \) est \( 0.8 \, \text{mol/L} \), calculez la vitesse initiale \( v_0 \).

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 8 : Réactions consécutives

Niveau : Très difficile

8. Considérons une séquence de réactions consécutives \( A \rightarrow B \rightarrow C \) avec les constantes de vitesse \( k_1 = 0.1 \, \text{s}^{-1} \) et \( k_2 = 0.05 \, \text{s}^{-1} \). Si la concentration initiale de \( A \) est \( 1.0 \, \text{mol/L} \), trouvez l’expression pour la concentration de \( B \) en fonction du temps.

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 9 : Énergie d’activation et facteur préexponentiel

Niveau : Très difficile

9. La constante de vitesse d’une réaction à \( 25^\circ C \) est \( 2.0 \times 10^{-4} \, \text{s}^{-1} \) et son énergie d’activation est \( 50 \, \text{kJ/mol} \). Calculez le facteur préexponentiel \( A \).

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 10 : Cinétique de Langmuir-Hinshelwood

Niveau : Très difficile

10. Une réaction catalytique suit la cinétique de Langmuir-Hinshelwood avec les paramètres \( k = 0.1 \, \text{mol/L}\cdot\text{s} \), \( K_A = 0.5 \, \text{L/mol} \), et \( K_B = 0.3 \, \text{L/mol} \). Si les concentrations initiales de \( A \) et \( B \) sont \( 0.4 \, \text{mol/L} \) et \( 0.2 \, \text{mol/L} \), calculez la vitesse initiale \( v_0 \).

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.