Effet de la Température sur la Vitesse de Réaction

Comprendre l’Effet de la Température sur la Vitesse de Réaction

La réaction entre le thiosulfate de sodium ( $N a_{2} S_{2} O_{3}$ ) et l’acide chlorhydrique ( $H Cl$ ) produit du soufre, de l’eau, du dioxyde de soufre et du chlorure de sodium selon l’équation suivante :

$N a_{2} S_{2} O_{3} (a q) + 2 H Cl (a q) \to 2 N a Cl (a q) + S O_{2} (g) + S (s) + H_{2} O (l)$

La formation de soufre rend la solution trouble, permettant de mesurer le temps nécessaire à la réaction pour atteindre un certain degré de turbidité.

Objectif :

Calculer l’effet d’une augmentation de température sur le temps de réaction, en utilisant la règle d’Arrhenius.

Données :

À 20°C, le temps nécessaire pour que la réaction atteigne un certain degré de turbidité est de 160 secondes.
À 30°C, vous devez calculer le nouveau temps de réaction, en supposant que la règle d’Arrhenius s’applique (la vitesse de réaction double pour une augmentation de 10°C).

Questions :

Quel est le nouveau temps de réaction à 30°C ?
Si la température était augmentée à 40°C (par rapport à 20°C), quel serait le temps de réaction ? Expliquez comment vous arrivez à cette réponse en utilisant la règle d’Arrhenius.
Discutez de l’importance des facteurs cinétiques en chimie et comment ils peuvent être utilisés pour contrôler la vitesse des réactions chimiques.

Correction : Effet de la Température sur la Vitesse de Réaction

1. Nouveau temps de réaction à 30°C

La règle empirique d’Arrhenius stipule qu’une augmentation de température de 10 °C double la vitesse de réaction ($v_2 = 2\,v_1$). Or, pour un même degré d’avancement (ici, la même turbidité), la vitesse est inversement proportionnelle au temps nécessaire ($v \propto 1/t$).

Données

Température initiale (T₁) = 20 °C
Temps initial (t₁) = 160 s

Calcul du facteur d’augmentation de la vitesse pour +10 °C :

\[\frac{v_{30}}{v_{20}} = 2\]

La relation entre la vitesse et le temps est donnée par :

\[t_{30} = \frac{t_{20}}{2}\]

En substituant les valeurs :

\[t_30 = \frac{160\text{ s}}{2}\]

\[t_30 = 80\text{ s}.\]

Résultat :
Le temps de réaction à 30 °C est de 80 secondes.

2. Calcul du temps de réaction à 40 °C

Une élévation de 20 °C correspond à deux paliers successifs de +10 °C, donc la vitesse est multipliée par $2^2 = 4$.

Calcul :

\[t_{40} = \frac{t_{20}}{4}\]

\[t_{40} = \frac{160\text{ s}}{4}\]

\[t_{40} = 40\text{ s}.\]

Résultat :
Le temps de réaction à 40 °C est de 40 secondes.

3. Importance des facteurs cinétiques en chimie

Tableau des Facteurs Cinétiques

Facteur	Impact sur la vitesse	Contrôle / Exemple
Température	Augmente l’énergie cinétique des molécules. Une augmentation de 10°C peut doubler la vitesse de réaction (exemple : passage de 20°C à 30°C réduit le temps de réaction de moitié).	Régler la température permet d’ajuster directement la vitesse de réaction.
Concentration des réactifs	Augmente le nombre de collisions effectives entre les molécules, accélérant ainsi la formation des produits.	Ajuster les concentrations permet d’optimiser la fréquence des collisions.
Catalyseurs	Réduisent l’énergie d’activation nécessaire, ce qui accélère la réaction sans être consommé.	L’utilisation de catalyseurs permet d’obtenir des vitesses de réaction élevées même à température modérée.
Surface de contact	Dans les réactions hétérogènes, une plus grande surface de contact augmente la probabilité de collisions efficaces entre les réactifs.	Optimiser la surface de contact (par exemple, en utilisant des catalyseurs solides) améliore l’efficacité de la réaction.
Nature des réactifs	La structure moléculaire, la polarité et la stabilité des liaisons influencent l’énergie d’activation et donc la vitesse de réaction.	Comprendre la nature des réactifs aide à prévoir et à ajuster la vitesse de la réaction.

Effet de la Température sur la Vitesse de Réaction

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