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Contrôle cinétique
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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE
90 minutes

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Contrôle cinétique




Au cours de son travail préparatoire, une chimiste s’interroge sur les conditions expérimentales à mettre en œuvre afin d’optimiser sa synthèse et plus particulièrement afin d’optimiser la vitesse de formation du produit désiré.

➜ Comment optimiser la vitesse d'une synthèse ?


Objectifs

  • Mettre en œuvre des conditions expérimentales permettant d’améliorer le rendement ou la vitesse.


Doc. 1
Hydrolyse du bromure de tertiobutyle

Hydrolyse du bromure de tertiobutyle

L’eau joue ici le rôle de solvant et de réactif. Des espèces ioniques étant produites, la cinétique de cette réaction peut être suivie par conductimétrie.

Doc. 2
Protocole proposé

  • Placer 8080 mL d’eau distillée dans un grand bécher.
  • Dans un second bécher, placer 0,50{,}5 mL de bromure de tertiobutyle dissous dans 2525 mL d’acétone.
  • Plonger la cellule de conductimétrie et le barreau aimanté dans le bécher contenant l’eau, puis mettre en fonctionnement l’agitateur magnétique.
  • Vérifier que les contenus des deux béchers sont à la même température avant de verser la solution de bromure de tertiobutyle dans l’eau.
  • Déclencher le chronomètre au moment où la solution de bromure de tertiobutyle est versée dans l’eau.
  • Mesurer la conductivité (en arrêtant l’agitation lors de la mesure) toutes les 30 s pendant 20 min. Utiliser le même calibre pour toutes les mesures.

Doc. 3
Solubilité du bromure de tertiobutyle

L’eau est nécessaire pour que la réaction ait lieu. Or, le bromure de tertiobutyle n’est pas soluble dans l’eau. L’acétone est le solvant qui permet la mise en contact de l’eau et du bromure de tertiobutyle puisqu’il solubilise ces deux espèces chimiques.

Données

  • Conductivités molaires ioniques : λ(Br)=7,8\lambda\left(\mathrm{Br}^{-}\right)=7{,}8 mS·m2·mol-1 et λ(H3O+)=35,0\lambda\left(\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right)=35{,}0 mS·m2·mol-1

Supplément numérique
Matériel nécessaire

  • Acétone
  • Bromure de tertiobutyle
  • Pissette d’eau distillée
  • Deux béchers de 100 mL
  • Bécher de 200 mL
  • Éprouvette graduée de 100 mL
  • Pipette graduée de 1,0 mL et propipette
  • Bain thermostaté
  • Agitateur magnétique et barreau aimanté
  • Conductimètre étalonné sur support
  • Chronomètre

Compétences

REA : Mettre en œuvre un protocole

REA : Effectuer des mesures avec des capteurs

VAL : Exploiter un ensemble de mesures

Questions

1. Exprimer la conductivité σ(t)\sigma(t) de la solution en fonction de la concentration du bromure de tertiobutyle notée c(t)c(t), puis exprimer la conductivité finale σ\sigma_{\infty} en fonction de la concentration initiale c0c_{0} du bromure de tertiobutyle. En déduire l’expression :
c(t)=c0(σσ(t))σc(t)=\dfrac{c_{0} ·\left(\sigma_{\infty}-\sigma(t)\right)}{\sigma_{\infty}}



2. Mettre en œuvre le protocole proposé.


3. Tracer les évolutions temporelles de la conductivité σ(t)\sigma(t), de la concentration c(t)c(t), puis celle de la vitesse volumique de disparition v(t)v(t) du bromure de tertiobutyle. Vérifier que cette évolution suit une loi de vitesse d’ordre 1.

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4. Étant donné le matériel fourni, préciser les facteurs cinétiques susceptibles d'être modifiés. Identifier les opérations à réaliser pour améliorer la cinétique de la synthèse.


5. Proposer, puis mettre en œuvre un nouveau protocole optimisant la vitesse volumique de disparition.
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Synthèse de l'activité

À partir de l’ensemble des tracés obtenus par les différents groupes, donner les conditions afin d’optimiser la cinétique de la formation du tertiobutanol.
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