Impact des Catalyseurs sur les Réactions

Impact des Catalyseurs sur les Réactions Chimiques

Comprendre l’Impact des Catalyseurs sur les Réactions Chimiques

Dans cette réaction, le peroxyde d’hydrogène (\(H_2O_2\)) réagit avec l’iodure de potassium (\(KI\)) pour produire de l’iodure (\(I_2\)) et de l’eau (\(H_2O\)).

La réaction peut être catalysée par le fer (III) sous forme ionique (\(Fe^{3+}\)), qui accélère la réaction sans être consommé.

Équation Chimique de la Réaction

\[ 2KI + H_2O_2 \rightarrow 2KOH + I_2 \]

But de l’Exercice:

Calculer l’effet du catalyseur sur la vitesse de réaction. On considère que la réaction en absence du catalyseur prend 50 secondes pour atteindre son état final, tandis qu’en présence du catalyseur, elle ne prend que 10 secondes.

Questions:

1. Calcul de la Vitesse de Réaction:

  • Calculez la vitesse de réaction sans catalyseur.
    Supposons que \(0.1\) mole de \(H_2O_2\) soit consommée durant la réaction sans catalyseur.
  • Calculez maintenant la vitesse de réaction avec le catalyseur sous les mêmes conditions.

2. Effet du Catalyseur sur la Vitesse de Réaction:

  • Comparez les vitesses de réaction avec et sans catalyseur. Par combien de fois le catalyseur a-t-il augmenté la vitesse de réaction?

3. Interprétation:

  • Expliquez pourquoi l’ajout du catalyseur \(Fe^{3+}\) peut avoir cet effet sur la vitesse de réaction.

Correction : Impact des Catalyseurs sur les Réactions Chimiques

1. Calcul de la vitesse de réaction

a. Sans catalyseur :

La quantité de \(H_2O_2\) consommée est de \(0.1\) mole et le temps pris pour la réaction est de \(50\) secondes. La vitesse de réaction peut être calculée avec la formule suivante :

  • Vitesse

\[ = \frac{\text{Quantité de réactif consommé}}{\text{Temps}} \]

En substituant les valeurs :

\[ = \frac{0.1\ \text{mole}}{50\ \text{s}} \] \[ = 0.002\ \text{moles/s} \]

b. Avec catalyseur :

Le temps pris pour la réaction avec le catalyseur est de \(10\) secondes. En utilisant la même formule :

\[ = \frac{0.1\ \text{mole}}{10\ \text{s}} \] \[ = 0.01\ \text{moles/s} \]

2. Effet du catalyseur sur la vitesse de réaction :

L’augmentation de la vitesse due à l’usage du catalyseur est calculée comme suit :

  • Augmentation de la vitesse

\[ = \frac{\text{Vitesse}_{\text{avec catalyseur}}}{\text{Vitesse}_{\text{sans catalyseur}}} \] \[ = \frac{0.01\ \text{moles/s}}{0.002\ \text{moles/s}} = 5.0\ \text{fois} \]

Cela signifie que la présence du catalyseur \(Fe^{3+}\) a augmenté la vitesse de réaction par un facteur de \(5\).

3. Interprétation :

L’ajout du catalyseur \(Fe^{3+}\) accélère la réaction en fournissant une voie réactionnelle alternative avec une énergie d’activation plus faible comparée à la réaction non catalysée.

Les catalyseurs fonctionnent en se liant temporairement aux réactifs, formant un complexe intermédiaire qui se décompose plus facilement en produits.

Ceci réduit la barrière énergétique nécessaire pour que la réaction se produise, ce qui se traduit par une augmentation significative de la vitesse de réaction.

Impact des Catalyseurs sur les Réactions Chimiques

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