suivi d’une transformation chimique par pression امتحان الدورة العادية 2011 مسلك العلوم الفيزيائية

تصحيح جزأ من تمرين الكيمياء الدورة العادية يونيو 2011 مسلك العلوم الفيزيائية خيار فرنسية
• Tous les gaz sont considérés comme parfaits ;
• Toutes les mesures ont été faites à 25°C ;
• On rappelle la loi des gaz parfaits : P.V = n.R.T ;
• La masse molaire atomique du zinc : M(Zn) = 65,4 g.mol-1.
On modélise la réaction du zinc Zn(S) avec une solution d’acide sulfurique (2𝐻3𝑂+ (𝑎𝑞) + 𝑆O_4^(2− )(𝑎𝑞)) , par l’équation chimique suivante :
𝑍𝑛(𝑠) + 2𝐻3𝑂+ (𝑎𝑞) ⇌ 𝑍𝑛2+ (𝑎𝑞) + 𝐻2(𝑔) + 2𝐻2𝑂(ℓ)
Pour étudier la cinétique de cette réaction, on introduit dans un ballon de volume constant V = 1L, une quantité de masse m =0,6 g de poudre de Zinc Zn (S), et on y verse à l’instant t0 = 0, un volume Va = 75 mL de la solution aqueuse d’acide sulfurique de concentration en ions oxonium [H3O+] = 0,4 mol.L-1.
On mesure la pression P à l’intérieur du ballon, à chaque instant, à l’aide d’un capteur de pression.
1- Soient ni(H3O+) et ni(Zn) les quantités de matière initiales respectivement des ions oxonium et du Zn.
Dresser le tableau descriptif de la réaction.
2- Calculer ni(H3O+) et ni(Zn).
3- Déterminer le réactif limitant et déduire l’avancement maximal xmax de la réaction.
4- Par application de la loi des gaz parfaits, et à l’aide du tableau descriptif précédent, établir l’expression de l’avancement x(t) de la réaction à un instant t en fonction de R, T, V et ΔP, où ΔP(t) = P(t) – P0, avec P0 la pression initiale mesurée à l’instant t0 = 0 et P la pression mesurée à l’instant t.
5- Soit ∆Pmax=Pmax− P0 la variation de pression maximale, montrer que :
"x" ("t" )"= " "x" _"max" "." "∆P(t)" /("∆" "P" _"max" )
6- Cette expérience nous a permis de tracer la courbe dans la figure ci-contre qui représente la variation de ∆P(t) en fonction du temps t.
6-1 Déterminer graphiquement la valeur du temps de demi-réaction t1/2.
6-2 : calculer la vitesse de la réaction initiale

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