QCM cinétique chimique : concours puissance 11 ( Fesic ) 2012.

L'urée de formule (NH2)2CO se décompose en milieu aqueux et conduit, au cours d'une réaction lente et totale, à la formation d'ion ammonium NH4+ et cyanate OCN-. (NH2)2CO aq ---> NH4+ aq + OCN-aq. Une étude cinétique a permis d'obtenir la courbe ci dessous, où  x ( mmol ) est l'avancement.  cette étude a été réalisée dans un volume V = 100 mL d'une solution d'urée de concentration c = 0,020 mol/L et maintenue dans un bain marie à 45°C. A) L'expression de la vitesse volumique de la réaction est v = d[(NH2)2CO] /dt. Faux. v = 1/V dx/dt ; [(NH2)2CO] =c-x/V ; d[(NH2)2CO] /dt =-1/V dx/dt ; v = -d[(NH2)2CO] /dt. B) L'avancement maximal est xmax = 1,7 mmol.  Faux. xmax =cV = 0,020 *0,10 = 0,0020 mol = 2,0 mmol. C) L'avancement à la date t = 3 t½ est égal à 1,35 mmol. Faux. D) A la date t = 200 min, le taux d'avancement de la réaction est égal à 80 %. Vrai. x = 1,6 mmol ( lecture graphe ) ; t = x / xmax = 1,6 / 2 = 0,80 ( 80 %). .  On étudie la cinétique lente et totale des ions iodure I-aq sur les ions peroxodisulfate S2O82-aq. Pour cela on suit l'évolution d'un mélange obtenu à partir de 100 mL d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de potassium de concentration molaire c = 0,60 mol/L et 100 mL d'une solution aqueuse d'iodure de potassium de concentration c' = 0,020 mol/L dans trois expériences de conditions différentes : Exp 1 : le mélange est maintenu à la température q1 ; Exp 2 : le mélange est maintenu à la température q2 >q1 ; Exp 3 : on a ajouté quelques gouttes d'une solution contenant des ions fer (III) au mélange maintenu à la température q2. S2O82-aq + 2I-aq = I2aq + 2SO42-aq. Le graphe ci-dessous donne la concentration en diiode C formé en fonction du temps selon les expériennces. A) La vitesse d'apparition du diiode croît avec la température. Vrai. La température est un facteur cinétique. B) Les ions fer (III) catalysent la réaction étudiée.  Vrai. C) Les courbes 1 et 2 n'atteindront pas la même limite que la courbe 3. Faux. Le catalyseur ne modifie pas la composition de l'équilibre, il permet d'atteindre plus rapidement cet équilibre . D) Pour l'expérience 3 le temps de demi-vie est t½ = 50 min. Vrai. état avancement (mol) S2O82-aq + 2I-aq = I2aq + 2SO42-aq initial 0 0,06 0,002 0 0 en cours x 0,06-x 0,002-2x x 2x final xmax = 0,001 0,06-xmax 0,002-2xmax = 0 xmax 2xmax [I2aq]fin =0,001 / 0,2 =0,005 mol/L. [I2aq]t½ =0,0025 mol/L.   On étudie dans une enceinte fermée, la réaction du dioxyde de soufre SO2 sur le dioxygène O2. La réaction, considérée comme totale, donne du trioxyde de soufre SO3. 2SO2(g) +O2 (g) ---> 2SO3(g). Les courbes ci-dessous représentent les variations des quantités de matière en fonction du temps. Les quantités de matière initiales n0(SO2) et n0(O2) sont égales. La courbe n2 = f(t) correspond à l'évolution au cours du temps de la quantité de matière de dioxyde de soufre. A) Le mélange est réalisé dans des conditions stoechiométriques. Faux. Le dioxyde de soufre est en défaut. B) La quantité maximale de trioxyde de soufre formé est 20 mmol. Faux. nmax(SO2) = nmax(SO3) = n0(SO2) = 40 mmol. C) Le temps de demi-réaction est t½ = 30 s.Vrai. D) La courbe 3 représente l'évolution de la quantité de dioxygène au cours du temps. Faux. Le dioxygène est en excès de 20 mmol. L'oxyde de méthyle ( CH3)2O gazeux se décompose et conduit au cours d'une réaction lente et totale à la formation de méthane CH4, de monoxyde de carbone et de dihydrogène. ( CH3)2O(g) ---> CH4 (g) + CO(g) + H2(g). On suit la cinétique de cette décomposition à température constante. Pour cela on introduit une mole d'oxyde de méthyle dans une enceinte vide, fermée et thermostatée, de volume V constant. A l'instant initial, la pression dans l'enceinte est P0 = 0,400 bar. Au bout de dix secondes,la pression des gaz contenus dans l'enceinte est P = 0,410 bar. A) La pression initiale P0 peut être calculée par P0 = RT / V. Vrai. P0 =n0 RT / V avec n0 = 1 mol. B) A l'état final, la pression dans l'enceinte est égale à 1,60 bar. A partir d'une mole d'oxde de méthyle il se forme une mole de méthane, une mole de CO et une mole de dihydrogène. nfin = 3 mol. Pfin =nfin RT / V  = 3 n0 RT / V = 3 P0. Faux. On définit l'avancement x(t) par x(t) = n(H2) formé à l'instant t. C) L'expression de la pression dans l'enceinte à un instant t est : P = P0 +2x(t) RT/V. Vrai. Quantité de matière totale des gaz : n0-x(t)+3x(t) = n0+2x(t). P = (n0+2x(t))RT/V = P0 +2x(t) RT/V. D) Au bout de dix secondes, l'avancement est 0,0125 mol. Vrai. x(t) = (P-P0) V / (2RT) avec P0 = RT/V ; x(t) = (P-P0)/(2P0) = 0,010 / 0,80 =0,0125 mol.

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