Lois de vitesse et ordre de réaction

À propos de cette expérience

Préparez des concentrations indépendantes de A et de B, mesurez les vitesses initiales et retrouvez les ordres de réaction cachés à partir d’un tableau d’essais. Suivez ensuite la consommation de A tandis que B est maintenu constant.

Objectifs pédagogiques

Distinguez une loi de vitesse des coefficients stœchiométriques.
Concevez des comparaisons indépendantes de concentrations.
Ajustez les deux ordres de réaction à l’aide d’un nombre suffisant de mesures indépendantes.

Comment l’utiliser

1Mesurez une vitesse initiale aux concentrations de départ de A et de B.
2Ne modifiez que A, puis uniquement B, ou réalisez les trois essais comparatifs contrôlés.
3Consultez les ordres ajustés et révélez les paramètres cachés pour les vérifier.
4Enregistrez l’évolution au cours du temps et comparez la disparition des réactifs à la formation du produit.

Le modèle

r = k (A / c^{\circ})^{m} (B / c^{\circ})^{n}

Les rapports de concentrations sans dimension garantissent la cohérence des unités affichées pour l’échelle de vitesse.

ln r = ln k + m ln (A / c^{\circ}) + n ln (B / c^{\circ})

Le plan ajusté permet de déterminer les deux ordres si les conditions des essais sont indépendantes.

A = A_{0} e^{- k (B / c^{\circ})^{n} t / c^{\circ}}

Il s’agit de la courbe pour le premier ordre par rapport à A ; les courbes d’ordre zéro et d’ordre deux utilisent leurs lois intégrées respectives.

Hypothèses

La vitesse empirique est égale à k multiplié par des rapports de concentrations sans dimension, élevés à des ordres entiers de zéro, un ou deux. La concentration de référence est d’une mole par litre.
L’échelle de vitesse s’exprime donc en moles par litre et par seconde, quel que soit l’ordre choisi. B est maintenu constant par un réservoir tampon externe pendant chaque enregistrement.
Seul A est consommé et la concentration du produit générique augmente de la même quantité. Le modèle ne décrit pas une réaction fermée par lots, stœchiométrique, de A avec B.
Les essais de vitesse initiale ne comportent aucun bruit de mesure ajouté. L’ajustement log-linéaire nécessite des valeurs de A et de B définies indépendamment ; toute modification de la loi sous-jacente efface le tableau.

À essayer en classe

Q1Pourquoi le fait de ne modifier que A peut-il ne pas permettre de déterminer l’ordre par rapport à B ?
Q2Pourquoi faut-il comparer les vitesses initiales avant qu’un appauvrissement notable ne se produise ?

Foire aux questions

Les ordres sont-ils toujours égaux aux coefficients stœchiométriques ?

Non. Ce sont des paramètres cinétiques empiriques. Cette activité permet de choisir les ordres indépendamment.

Pourquoi B ne diminue-t-il pas au cours du temps ?

Un réservoir maintient B constant. L’activité isole l’effet d’un coréactif tamponné au lieu de modéliser un lot fermé contenant deux réactifs.