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MPSI · Physique-chimie · Constitution et transformations de la matière · Chapitre 13

Cinétique chimique

Fiche de cours12 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

1Le cadre de travail

Notation. Tout ce chapitre se place dans un réacteur fermé, parfaitement agité (composition uniforme), de volume VV constant et à température TT constante. Ce cadre est essentiel : c’est lui qui autorise à remplacer partout les quantités de matière par des concentrations.

Remarque. Le chapitre précédent répondait à « jusqu’où le système évolue-t-il ? » (QrQ_r, K∘K^\circ, ξf\xi_{\text{f}}) ; celui-ci répond à « à quelle vitesse ? ». Les deux questions sont indépendantes : une transformation de constante K∘=1040K^\circ=10^{40} peut être infiniment lente.

2Vitesses de consommation, de formation, de réaction

Définition. Pour une transformation modélisée par ∑iνi Xi=0\displaystyle\sum_i \nu_i\,\mathrm{X}_i=0 (nombres stœchiométriques algébriques, négatifs pour les réactifs), on définit, à volume constant :

vitesse de consommation d’un reˊactif A: vc(A)=− ⁣d[A] ⁣dt ;vitesse de formation d’un produit P: vf(P)=+ ⁣d[P] ⁣dt.\text{vitesse de \cle{consommation} d'un réactif } \ce{A} :\ v_{\text{c}}(\ce{A})=-\frac{\dd[\ce{A}]}{\dd t}\ ;\qquad \text{vitesse de \cle{formation} d'un produit } \ce{P} :\ v_{\text{f}}(\ce{P})=+\frac{\dd[\ce{P}]}{\dd t} .

Ces deux grandeurs sont positives et s’expriment en mol⋅L−1⋅s−1{\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}.

Définition. La vitesse de réaction (volumique) est

 v=1V ⁣dξ ⁣dt=1νi ⁣d[Xi] ⁣dtpour tout i \boxed{\ v=\frac{1}{V}\frac{\dd\xi}{\dd t}=\frac{1}{\nu_i}\frac{\dd[\mathrm{X}_i]}{\dd t}\quad\text{pour tout }i\ }

Elle est unique pour la réaction : c’est tout l’intérêt de la division par νi\nu_i. Pour a A+b B→c C+d D\ce{aA + bB -> cC + dD} :

v=−1a ⁣d[A] ⁣dt=−1b ⁣d[B] ⁣dt=+1c ⁣d[C] ⁣dt=+1d ⁣d[D] ⁣dtsoitvc(A)=a v,vf(C)=c v.v=-\frac{1}{a}\frac{\dd[\ce{A}]}{\dd t}=-\frac{1}{b}\frac{\dd[\ce{B}]}{\dd t}=+\frac{1}{c}\frac{\dd[\ce{C}]}{\dd t}=+\frac{1}{d}\frac{\dd[\ce{D}]}{\dd t} \qquad\text{soit}\qquad v_{\text{c}}(\ce{A})=a\,v,\quad v_{\text{f}}(\ce{C})=c\,v .
Attention

Une vitesse de réaction, plusieurs vitesses de consommation. Écrire « la réaction est d’ordre 11, v=k[A]v=k[\ce{A}] » et « − ⁣d[A]/ ⁣dt=k[A]-\dd[\ce{A}]/\dd t=k[\ce{A}] » n’est pas la même chose dès que ∣νA∣≠1\abs{\nu_{\ce{A}}}\neq 1. Pour 2 HX2OX2→2 HX2O+OX2\ce{2 H2O2 -> 2 H2O + O2} : si v=k[HX2OX2]v=k[\ce{H2O2}] alors − ⁣d[HX2OX2]/ ⁣dt=2k[HX2OX2]-\dd[\ce{H2O2}]/\dd t=2k[\ce{H2O2}], et le temps de demi-réaction vaut ln⁡2/(2k)\ln 2/(2k), non ln⁡2/k\ln 2/k. Préciser toujours de quelle vitesse on écrit la loi.

Propriété — quand vv existe-t-elle ?. La vitesse de réaction n’est définie que si le système est effectivement décrit par une seule équation de réaction : c’est exactement à cette condition que tous les quotients 1νi ⁣d[Xi] ⁣dt\frac{1}{\nu_i}\frac{\dd[\mathrm{X}_i]}{\dd t} sont égaux. Si plusieurs transformations se déroulent simultanément, on ne parle plus que de vitesses de consommation et de formation, espèce par espèce.

Définition. Les facteurs cinétiques sont les grandeurs dont la modification change la vitesse : concentrations des réactifs (ou pressions partielles), température, présence d’un catalyseur, et, selon les cas, surface de contact (systèmes hétérogènes) ou éclairement (réactions photochimiques). Un catalyseur accélère la transformation sans figurer dans l’équation ni être consommé : il modifie kk, jamais K∘K^\circ — donc jamais l’état final.

3Loi de vitesse et ordre

Définition. On dit que la réaction admet un ordre s’il existe une constante k>0k>0 et des réels p,q,…p,q,\dots tels que, à température fixée,

 v=k [A] p [B] q⋯ \boxed{\ v=k\,[\ce{A}]^{\,p}\,[\ce{B}]^{\,q}\cdots\ }

kk est la constante cinétique (ou constante de vitesse), pp et qq les ordres partiels par rapport à A\ce{A} et à B\ce{B}, et n=p+q+⋯n=p+q+\cdots l’ordre global.

Attention

Les ordres partiels ne se lisent pas sur les nombres stœchiométriques : ce sont des grandeurs expérimentales. Ils peuvent être entiers, fractionnaires, nuls ou négatifs. Une réaction peut très bien n’admettre aucun ordre : c’est le cas dès que la loi de vitesse n’est pas de la forme ci-dessus.

Propriété — unité de kk. L’homogénéité de v=k c nv=k\,c^{\,n} impose, avec [v]=mol⋅L−1⋅s−1[v]={\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} :

 k s’exprime en mol⋅L−1⋅s−1×(mol⋅L−1)−n \boxed{\ k\ \text{s'exprime en}\ {\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}\times\left({\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}\right)^{-n}\ }

soit mol⋅L−1⋅s−1{\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} à l’ordre 00, s−1{\mathrm{s}^{-1}} à l’ordre 11, L⋅mol−1⋅s−1{\mathrm{L}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} à l’ordre 22, L2⋅mol−2⋅s−1{\mathrm{L}^{2}{\cdot}\mathrm{mol}^{-2}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}} à l’ordre 33.

Méthode — contrôler un résultat. L’unité de kk est l’ordre global : annoncer « ordre 22, k=3,0×10−3 s−1k={3{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{s}^{-1}} » est une contradiction immédiatement repérable.

Définition. Un ordre apparent (ou ordre courant) est un ordre observé dans des conditions expérimentales particulières — typiquement lorsqu’un réactif est en large excès. L’ordre initial est l’ordre déduit des seules vitesses initiales v0v_0, mesurées à t=0t=0 pour différentes compositions initiales : il ne préjuge pas du comportement ultérieur.

Remarque. La distinction est utile : une réaction peut admettre un ordre initial 11 et cesser d’obéir à cette loi dès que les produits s’accumulent (ordre 00 apparent par saturation d’un catalyseur, ralentissement par un produit…).

4Intégration des lois de vitesse d’un unique réactif

Notation. On considère A→produits\ce{A -> produits} (donc νA=−1\nu_{\ce{A}}=-1 et v=− ⁣d[A]/ ⁣dtv=-\dd[\ce{A}]/\dd t), avec [A]0=a0[\ce{A}]_0=a_0 et [A](t)=a[\ce{A}](t)=a. Toutes les intégrations du programme se ramènent à ce cas : soit directement, soit par dégénérescence de l’ordre, soit par conditions initiales stœchiométriques.

Théorème — les trois lois intégrées. Idée de la démonstration : l’équation − ⁣da/ ⁣dt=k a p-\dd a/\dd t=k\,a^{\,p} est à variables séparables ; on écrit − ⁣da/a p=k  ⁣dt-\dd a/a^{\,p}=k\,\dd t et l’on intègre entre 00 et tt.

Ordre pp001122
équation− ⁣da ⁣dt=k-\dfrac{\dd a}{\dd t}=k− ⁣da ⁣dt=k a-\dfrac{\dd a}{\dd t}=k\,a− ⁣da ⁣dt=k a2-\dfrac{\dd a}{\dd t}=k\,a^2
forme intégréea=a0−k ta=a_0-k\,tln⁡a=ln⁡a0−k t\ln a=\ln a_0-k\,t1a=1a0+k t\dfrac{1}{a}=\dfrac{1}{a_0}+k\,t
loi explicitea=a0−kta=a_0-kta=a0 e−kta=a_0\,\e^{-kt}a=a01+k a0 ta=\dfrac{a_0}{1+k\,a_0\,t}
tracé linéairea=f(t)a=f(t)ln⁡a=f(t)\ln a=f(t)1/a=f(t)1/a=f(t)
pente−k-k−k-k+k+k
t1/2t_{1/2}a02k\dfrac{a_0}{2k}ln⁡2k\dfrac{\ln 2}{k}1k a0\dfrac{1}{k\,a_0}
unité de kkmol⋅L−1⋅s−1{\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}s−1{\mathrm{s}^{-1}}L⋅mol−1⋅s−1{\mathrm{L}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}

Définition. Le temps de demi-réaction t1/2t_{1/2} est la durée au bout de laquelle la moitié de la quantité initiale du réactif limitant a été consommée : [A](t1/2)=a0/2[\ce{A}](t_{1/2})=a_0/2.

Propriété — la signature de l’ordre 11. Seul l’ordre 11 donne un temps de demi-réaction indépendant de la concentration initiale. À l’ordre 00, t1/2t_{1/2} est proportionnel à a0a_0 ; à l’ordre 22, inversement proportionnel à a0a_0. Plus généralement, pour un ordre p≠1p\neq 1,

t1/2=2 p−1−1(p−1) k a0 p−1donc ln⁡t1/2=cte+(1−p)ln⁡a0 t_{1/2}=\frac{2^{\,p-1}-1}{(p-1)\,k\,a_0^{\,p-1}}\qquad\text{donc}\qquad \boxed{\ \ln t_{1/2}=\text{cte}+(1-p)\ln a_0\ }

Remarque. À l’ordre 00 le réactif disparaît complètement à la date finie t=a0/kt=a_0/k : au-delà, la loi a=a0−kta=a_0-kt n’a plus de sens et la vitesse devient nulle. Aux ordres 11 et 22, aa ne s’annule qu’asymptotiquement.

Exemplelecture d’un tableau de mesures

Pour A→produits\ce{A -> produits}, on relève tt (en min{\mathrm{min}}) et [A][\ce{A}] (en mol⋅L−1{\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}) : (0 ;5,00×10−2)(0\,;{5{,}00\times10^{-2}}), (10 ;4,00×10−2)(10\,;{4{,}00\times10^{-2}}), (20 ;3,33×10−2)(20\,;{3{,}33\times10^{-2}}), (40 ;2,50×10−2)(40\,;{2{,}50\times10^{-2}}), (60 ;2,00×10−2)(60\,;{2{,}00\times10^{-2}}). Le tracé de ln⁡[A]\ln[\ce{A}] n’est pas rectiligne, celui de 1/[A]1/[\ce{A}] l’est : 1/[A]=20,0+0,500 t1/[\ce{A}]=20{,}0+0{,}500\,t. Donc ordre 22, k=0,500 L⋅mol−1⋅min−1k={0{,}500\,\mathrm{L}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}{\cdot}\mathrm{min}^{-1}}, et t1/2=1/(k a0)=40 mint_{1/2}=1/(k\,a_0)={40\,\mathrm{min}}, valeur bien cohérente avec le tableau (aa vaut 2,50×10−2{2{,}50\times10^{-2}} à t=40 mint={40\,\mathrm{min}}).

5Se ramener à un unique réactif

Propriété — conditions initiales stœchiométriques. Pour A+B→produits\ce{A + B -> produits} d’ordres partiels 11 et 11, si l’on part de [A]0=[B]0=a0[\ce{A}]_0=[\ce{B}]_0=a_0, alors [A]=[B][\ce{A}]=[\ce{B}] à tout instant et

− ⁣da ⁣dt=k a2⟹1a=1a0+k t.-\frac{\dd a}{\dd t}=k\,a^2\qquad\Longrightarrow\qquad \frac{1}{a}=\frac{1}{a_0}+k\,t .

Plus généralement, pour a A+b B→produits\ce{aA + bB -> produits}, les proportions stœchiométriques [A]0/a=[B]0/b[\ce{A}]_0/a=[\ce{B}]_0/b sont conservées au cours du temps, ce qui permet d’exprimer [B][\ce{B}] en fonction de [A][\ce{A}].

Définition. Dégénérescence de l’ordre. Si B\ce{B} est introduit en large excès ([B]0≫[A]0[\ce{B}]_0\gg[\ce{A}]_0, en pratique un facteur 1010 à 100100), sa concentration varie relativement très peu : [B]≃[B]0[\ce{B}]\simeq[\ce{B}]_0. La loi v=k[A] p[B] qv=k[\ce{A}]^{\,p}[\ce{B}]^{\,q} devient

 v=kapp [A] paveckapp=k [B]0 q \boxed{\ v=k_{\text{app}}\,[\ce{A}]^{\,p}\quad\text{avec}\quad k_{\text{app}}=k\,[\ce{B}]_0^{\,q}\ }

pp est l’ordre apparent et kappk_{\text{app}} la constante apparente. On dit que l’ordre par rapport à B\ce{B} est dégénéré.

Méthode — exploiter la dégénérescence. On mesure kappk_{\text{app}} pour plusieurs valeurs de [B]0[\ce{B}]_0 ; comme ln⁡kapp=ln⁡k+qln⁡[B]0\ln k_{\text{app}}=\ln k+q\ln[\ce{B}]_0, la pente de ln⁡kapp=f(ln⁡[B]0)\ln k_{\text{app}}=f(\ln[\ce{B}]_0) donne qq et l’ordonnée à l’origine donne kk. C’est la seule façon d’accéder séparément à pp et à qq avec des intégrations d’un unique réactif.

Attention

La dégénérescence n’est légitime que si l’excès est réellement grand : si [B]0=3[A]0[\ce{B}]_0=3[\ce{A}]_0, [B][\ce{B}] varie de 33 %33\,\% et kappk_{\text{app}} n’est pas constante. Vérifier systématiquement la variation relative de [B][\ce{B}] sur la durée du suivi.

6Déterminer un ordre expérimentalement

Méthode — méthode intégrale — confirmer un ordre. On postule un ordre p∈{0,1,2}p\in\{0,1,2\}, on trace la grandeur correspondante (aa, ln⁡a\ln a ou 1/a1/a) en fonction de tt et l’on retient l’ordre pour lequel les points sont alignés. La pente donne kk. C’est une méthode de confirmation : elle exige un ordre entier et un unique réactif (éventuellement après dégénérescence ou conditions stœchiométriques).

Méthode — méthode différentielle — déterminer un ordre. On part de v=k a pv=k\,a^{\,p}, d’où

 ln⁡v=ln⁡k+p ln⁡a \boxed{\ \ln v=\ln k+p\,\ln a\ }

On mesure vv pour plusieurs valeurs de aa (par des tangentes à la courbe a(t)a(t), ou par des vitesses initiales à différentes a0a_0) et l’on trace ln⁡v=f(ln⁡a)\ln v=f(\ln a) : la pente est pp, l’ordonnée à l’origine ln⁡k\ln k. Cette méthode ne présuppose rien : elle donne aussi les ordres fractionnaires.

Méthode — temps de demi-réaction et temps fractionnaires. On mesure t1/2t_{1/2} pour plusieurs a0a_0 et l’on trace ln⁡t1/2=f(ln⁡a0)\ln t_{1/2}=f(\ln a_0) : la pente vaut 1−p1-p (t1/2t_{1/2} constant ⇒\Rightarrow ordre 11 ; doublé quand a0a_0 double ⇒\Rightarrow ordre 00 ; divisé par deux ⇒\Rightarrow ordre 22). Une seule expérience suffit même si l’on mesure aussi t3/4t_{3/4} : le rapport t3/4/t1/2t_{3/4}/t_{1/2} ne dépend que de pp et vaut 3/23/2, 22, 33 pour p=0,1,2p=0,1,2.

Méthode — vitesses initiales et ordres partiels. Pour obtenir pp et qq séparément sans dégénérescence : on mesure v0v_0 pour plusieurs couples ([A]0,[B]0)([\ce{A}]_0,[\ce{B}]_0). En doublant [A]0[\ce{A}]_0 à [B]0[\ce{B}]_0 fixée, le rapport des vitesses vaut 2 p2^{\,p} ; d’où p=ln⁡(v0′/v0)/ln⁡2p=\ln(v_0'/v_0)/\ln 2.

7Suivre une transformation : les grandeurs physiques

Propriété — suivi spectrophotométrique. Si une seule espèce absorbe à la longueur d’onde λ\lambda choisie, la loi de Beer-Lambert donne A=ε ℓ cA=\varepsilon\,\ell\,c : l’absorbance est proportionnelle à la concentration de cette espèce. On peut donc travailler directement sur AA : un tracé de ln⁡A=f(t)\ln A=f(t) rectiligne prouve l’ordre 11, et sa pente donne kk sans même connaître εℓ\varepsilon\ell.

Propriété — suivi conductimétrique. La conductivité d’une solution diluée est σ=∑iΛi∘ ci\sigma=\sum_i \Lambda^\circ_i\,c_i (somme sur les ions) : c’est une fonction affine de l’avancement volumique xx. Avec σ0\sigma_0 et σ∞\sigma_\infty les conductivités initiale et finale (transformation totale, avancement xmax⁡x_{\max}) :

 xxmax⁡=σ−σ0σ∞−σ0 \boxed{\ \frac{x}{x_{\max}}=\frac{\sigma-\sigma_0}{\sigma_\infty-\sigma_0}\ }

Encore faut-il que les ions échangés aient des conductivités molaires ioniques nettement différentes.

Propriété — suivi manométrique. Pour une réaction en phase gazeuse à VV et TT constants, Ptot=(∑ini)RT/VP_{\text{tot}}=\left(\sum_i n_i\right)RT/V est une fonction affine de ξ\xi : si Δν=∑iνi≠0\Delta\nu=\sum_i\nu_i\neq 0,

Ptot(t)=P0+Δν ξ(t)RTV,etPA(t)=PA,0+νAξRTV.P_{\text{tot}}(t)=P_0+\Delta\nu\,\frac{\xi(t)RT}{V},\qquad\text{et}\qquad P_{\ce{A}}(t)=P_{\ce{A},0}+\nu_{\ce{A}}\frac{\xi RT}{V} .

On élimine ξ\xi entre ces deux relations pour exprimer PAP_{\ce{A}} en fonction de PtotP_{\text{tot}} mesurée, puis l’on travaille sur PAP_{\ce{A}} (proportionnelle à [A][\ce{A}] à TT et VV fixés). Si Δν=0\Delta\nu=0, le suivi manométrique est inopérant.

Remarque. Autres suivis usuels : pH, volume de gaz dégagé à pression constante, pouvoir rotatoire, indice de réfraction, ou trempe (prélèvements brutalement refroidis ou dilués, puis titrés).

8Influence de la température : la loi d’Arrhenius

Théorème — loi d’Arrhenius (1889), admise. Pour la très grande majorité des réactions, la constante cinétique dépend de la température selon

 k(T)=A exp⁡ ⁣(−EaRT) soit ln⁡k=ln⁡A−EaR⋅1T \boxed{\ k(T)=A\,\exp\!\left(-\frac{E_a}{RT}\right)\ }\qquad\text{soit}\qquad \boxed{\ \ln k=\ln A-\frac{E_a}{R}\cdot\frac{1}{T}\ }

AA est le facteur préexponentiel (même unité que kk), Ea>0E_a>0 l’énergie d’activation (en J⋅mol−1{\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}, usuellement 40 {40\,} à 100 kJ⋅mol−1{100\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}), et R=8,314 J⋅K−1⋅mol−1R={8{,}314\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{K}^{-1}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}}.

Méthode — déterminer EaE_a. Tracer ln⁡k\ln k en fonction de 1/T\mathbf{1/T} (et non de TT), avec TT en kelvins : la pente vaut −Ea/R-E_a/R. Avec deux mesures seulement, la soustraction des deux formes logarithmiques donne   ln⁡k2k1=EaR(1T1−1T2) \ \boxed{\ \ln\dfrac{k_2}{k_1}=\dfrac{E_a}{R}\left(\dfrac{1}{T_1}-\dfrac{1}{T_2}\right)\ }

Propriété — dérivée logarithmique.  ⁣dln⁡k ⁣dT=EaRT2>0\dfrac{\dd \ln k}{\dd T}=\dfrac{E_a}{RT^2}>0 : la vitesse croît toujours avec TT, d’autant plus vite que EaE_a est grande. À TT ambiante, +10 K+{10\,\mathrm{K}} multiplie kk par exp⁡ ⁣(EaR(1298−1308))\exp\!\left(\frac{E_a}{R}\left(\frac{1}{298}-\frac{1}{308}\right)\right), soit 2,22{,}2 pour Ea=60 kJ⋅mol−1E_a={60\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} et 2,72{,}7 pour 75 kJ⋅mol−1{75\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} : c’est la règle « la vitesse double ou triple tous les 10 K{10\,\mathrm{K}} ».

Attention

EaE_a n’est pas une énergie de réaction : c’est un paramètre de la cinétique, sans lien avec K∘K^\circ ni avec le caractère favorisé de la transformation. Et EaE_a est une énergie molaire : la convertir en J⋅mol−1{\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} avant tout calcul.

9Capacités numériques

Méthode — résoudre numériquement l’équation différentielle. Le schéma d’Euler explicite appliqué à  ⁣da/ ⁣dt=−k a p\dd a/\dd t=-k\,a^{\,p} s’écrit an+1=an−h k an pa_{n+1}=a_n-h\,k\,a_n^{\,p} avec hh le pas de temps. Il est d’ordre 11 : l’erreur est proportionnelle à hh. À l’ordre 11 chimique, il n’est stable que si h<2/kh<2/k — sinon la solution numérique oscille et peut devenir négative, ce qui est physiquement absurde.

Méthode — régression linéaire pour déterminer un ordre. On linéarise les trois hypothèses, on ajuste chacune par numpy.polyfit et l’on retient celle dont le coefficient de détermination R2R^2 est le plus proche de 11 ; la pente donne alors kk.

import numpy as np

def euler(k, p, a0, tf, h):                       # dA/dt = -k A^p
    n = int(round(tf / h))
    t, a = [0.0], [a0]
    for _ in range(n):
        a.append(max(a[-1] - h * k * a[-1] ** p, 0.0)); t.append(t[-1] + h)
    return np.array(t), np.array(a)

print(euler(0.500, 2, 5.00e-2, 100.0, 0.10)[1][-1],   # -> 1.4273e-2
      1 / (1 / 5.00e-2 + 0.500 * 100))                # -> 1.4286e-2 (exact)

t = np.array([0, 10, 20, 40, 60, 80, 100])                             # min
A = np.array([5.00e-2, 4.00e-2, 3.33e-2, 2.50e-2, 2.00e-2, 1.67e-2, 1.43e-2])
for nom, y in [("ordre 0", A), ("ordre 1", np.log(A)), ("ordre 2", 1 / A)]:
    a, b = np.polyfit(t, y, 1)
    R2 = 1 - np.sum((y - a * t - b) ** 2) / np.sum((y - y.mean()) ** 2)
    print(nom, "pente = 

10Savoir-faire, formulaire et pièges

Savoir-faire
  • Relier vitesse de réaction, vitesse de consommation d’un réactif et vitesse de formation d’un produit ; dire quand vv est définie.
  • Écrire une loi de vitesse, nommer les ordres partiels et l’ordre global, donner l’unité de kk par homogénéité.
  • Intégrer les lois d’ordre 00, 11 et 22 d’un unique réactif ; établir les trois expressions de t1/2t_{1/2}.
  • Se ramener à un unique réactif par dégénérescence de l’ordre ou par conditions initiales stœchiométriques, en justifiant l’approximation.
  • Déterminer un ordre par méthode différentielle, le confirmer par méthode intégrale, le retrouver par les temps de demi-réaction ou fractionnaires.
  • Exploiter un suivi spectrophotométrique, conductimétrique ou manométrique : relier la grandeur mesurée à l’avancement, puis à la concentration du réactif suivi.
  • Déterminer EaE_a et AA par régression de ln⁡k=f(1/T)\ln k=f(1/T), prévoir l’effet d’une variation de température, résoudre numériquement l’équation différentielle cinétique (Euler) et mener une régression pour déterminer un ordre.
FormulaireLes relations à connaître par cœur
  • v=1V ⁣dξ ⁣dt=1νi ⁣d[Xi] ⁣dtv=\dfrac{1}{V}\dfrac{\dd\xi}{\dd t}=\dfrac{1}{\nu_i}\dfrac{\dd[\mathrm{X}_i]}{\dd t} ; vc(A)=∣νA∣ vv_{\text{c}}(\ce{A})=\abs{\nu_{\ce{A}}}\,v ; vf(P)=νP vv_{\text{f}}(\ce{P})=\nu_{\ce{P}}\,v.
  • v=k[A] p[B] qv=k[\ce{A}]^{\,p}[\ce{B}]^{\,q} ; ordre global n=p+qn=p+q ; kk en mol⋅L−1⋅s−1⋅(mol⋅L−1)−n{\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}\cdot({\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}})^{-n}.
  • Ordre 00 : a=a0−kta=a_0-kt, t1/2=a02kt_{1/2}=\dfrac{a_0}{2k}. Ordre 11 : a=a0e−kta=a_0\e^{-kt}, t1/2=ln⁡2kt_{1/2}=\dfrac{\ln 2}{k} (indépendant de a0a_0).
  • Ordre 22 : 1a=1a0+kt\dfrac{1}{a}=\dfrac{1}{a_0}+kt, t1/2=1k a0t_{1/2}=\dfrac{1}{k\,a_0}. Ordre p≠1p\neq 1 : ln⁡t1/2=cte+(1−p)ln⁡a0\ln t_{1/2}=\text{cte}+(1-p)\ln a_0.
  • Dégénérescence : [B]0≫[A]0⇒v=kapp[A] p[\ce{B}]_0\gg[\ce{A}]_0\Rightarrow v=k_{\text{app}}[\ce{A}]^{\,p}, kapp=k[B]0 qk_{\text{app}}=k[\ce{B}]_0^{\,q}.
  • Méthode différentielle : ln⁡v=ln⁡k+pln⁡a\ln v=\ln k+p\ln a. Temps fractionnaires : t3/4/t1/2=3/2, 2, 3t_{3/4}/t_{1/2}=3/2,\ 2,\ 3 pour p=0,1,2p=0,1,2.
  • Arrhenius : k=Ae−Ea/(RT)k=A\e^{-E_a/(RT)} ; ln⁡k=ln⁡A−EaR1T\ln k=\ln A-\dfrac{E_a}{R}\dfrac{1}{T} ; ln⁡k2k1=EaR(1T1−1T2)\ln\dfrac{k_2}{k_1}=\dfrac{E_a}{R}\left(\dfrac{1}{T_1}-\dfrac{1}{T_2}\right).
  • Beer-Lambert : A=εℓcA=\varepsilon\ell c. Conductimétrie : σ=∑iΛi∘ci\sigma=\sum_i\Lambda_i^\circ c_i, affine en ξ\xi. Manométrie : PtotP_{\text{tot}} affine en ξ\xi si Δν≠0\Delta\nu\neq 0.
  • R=8,314 J⋅K−1⋅mol−1R={8{,}314\,\mathrm{J}{\cdot}\mathrm{K}^{-1}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} ; EaE_a usuelle : 40 {40\,} à 100 kJ⋅mol−1{100\,\mathrm{kJ}{\cdot}\mathrm{mol}^{-1}} ; T(K)=θ(∘C)+273,15T({\mathrm{K}})=\theta({{}^{\circ}\mathrm{C}})+273{,}15.
Pièges
  • Confondre vitesse de réaction et vitesse de consommation d’un réactif : pour 2 HX2OX2→2 HX2O+OX2\ce{2 H2O2 -> 2 H2O + O2}, vc(HX2OX2)=2vv_{\text{c}}(\ce{H2O2})=2v, et « ordre 11 » ne dit pas laquelle des deux obéit à la loi. Toujours préciser la grandeur dont on écrit la loi.
  • Lire les ordres partiels sur les nombres stœchiométriques, ou parler d’ordre pour une réaction qui n’en admet pas.
  • Oublier l’unité de kk, ou la conserver en changeant d’ordre : c’est le contrôle le plus rapide d’une réponse.
  • Utiliser t1/2=ln⁡2/kt_{1/2}=\ln 2/k à l’ordre 22 : cette formule est la signature de l’ordre 11 et d’aucun autre.
  • Conclure à l’alignement de points mal alignés : sur un intervalle court, une décroissance d’ordre 11 ou 22 « ressemble » à une droite. Suivre la réaction sur deux ou trois t1/2t_{1/2}. Invoquer la dégénérescence sans large excès, ou oublier que kappk_{\text{app}} dépend de [B]0[\ce{B}]_0.
  • Tracer ln⁡k=f(T)\ln k=f(T) au lieu de ln⁡k=f(1/T)\ln k=f(1/T), ou travailler en degrés Celsius dans la loi d’Arrhenius.
  • Confondre EaE_a et une enthalpie de réaction, ou croire qu’un catalyseur modifie K∘K^\circ et donc l’état final : il ne modifie que kk.
  • Employer un suivi manométrique pour une réaction sans variation du nombre de moles de gaz (Δν=0\Delta\nu=0) : la pression totale reste constante et ne renseigne sur rien.

Exercices, contrôles et sujets

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Exercices de base

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Les bases : vitesses, lois de vitesse, ordres 0, 1 et 2, temps de demi-réaction, loi d’Arrhenius

11 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

  1. Vitesse de réaction, vitesse de consommation, vitesse de formationDifficulté 1 sur 3
  2. Lois de vitesse, ordres et unité de la constante cinétiqueDifficulté 1 sur 3
  3. Une réaction d’ordre 1 : l’isomérisation du cyclopropaneDifficulté 1 sur 3
  4. Une réaction d’ordre 0Difficulté 1 sur 3
  5. Une réaction d’ordre 2 : méthode intégraleDifficulté 2 sur 3
  6. Identifier un ordre par les temps de demi-réactionDifficulté 2 sur 3
  7. Calculer une vitesse à partir d’un tableau de mesuresDifficulté 2 sur 3
  8. Méthode différentielleDifficulté 2 sur 3
  9. Dégénérescence de l’ordreDifficulté 2 sur 3
  10. Loi d’ArrheniusDifficulté 2 sur 3
  11. Cinétique et PythonDifficulté 2 sur 3
2

Exercices d'application

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Applications : suivis expérimentaux, détermination d’ordres, énergie d’activation, résolution numérique

9 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 3 hcalculatrice autorisée

  1. Suivi spectrophotométrique et dégénérescence de l’ordreDifficulté 2 sur 3
  2. Suivi conductimétrique de la saponification d’un esterDifficulté 2 sur 3
  3. Suivi manométrique d’une décomposition en phase gazeuseDifficulté 2 sur 3
  4. Ordres partiels par la méthode des vitesses initialesDifficulté 2 sur 3
  5. Un ordre non entierDifficulté 2 sur 3
  6. Énergie d’activation par régression linéaireDifficulté 2 sur 3
  7. Trancher un ordre avec les temps fractionnairesDifficulté 2 sur 3
  8. Une réaction sans ordreDifficulté 2 sur 3
  9. Résolution numérique et confrontation au modèleDifficulté 2 sur 3
3

Interrogation A

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Vitesses et lois de vitesse, suivi manométrique, dégénérescence de l’ordre, loi d’Arrhenius

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours6 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Décomposition thermique du chlorure de sulfuryle7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Dégénérescence de l’ordre et temps de demi-réaction7 ptsDifficulté 2 sur 3
4

Interrogation B

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Conditions stœchiométriques et conductimétrie, ordre non entier, énergie d’activation

Durée : 1 hcalculatrice autorisée3 exercices indépendantsbarème sur 20

  1. Questions de cours6 ptsDifficulté 1 sur 3
  2. Saponification suivie par conductimétrie7 ptsDifficulté 2 sur 3
  3. Un ordre non entier et son énergie d’activation7 ptsDifficulté 2 sur 3
5

Approfondissement

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Sept problèmes pour aller au bout de la cinétique macroscopique

7 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 4 hcalculatrice autorisée

  1. Étude littérale complète d’un ordre quelconqueDifficulté 3 sur 3
  2. Ordre et constante à partir d’une seule expérienceDifficulté 3 sur 3
  3. Ordre 2 croisé sans conditions stœchiométriquesDifficulté 3 sur 3
  4. Deux transformations en compétitionDifficulté 3 sur 3
  5. Une énergie d’activation et son incertitudeDifficulté 3 sur 3
  6. « Favorisé » n’est pas « rapide »Difficulté 3 sur 3
  7. Euler explicite, Euler impliciteDifficulté 3 sur 3
6

DS type concours

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L’eau oxygénée : décomposition, conservation, et oxydation des iodures

Durée : 3 hcalculatrice autorisée3 parties24 questionsbarème indicatif sur 20

7

Planche de colle

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Une question de cours et quatre exercices d’oral

1 question de cours4 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3 à Difficulté 3 sur 3environ 20 min{20\,\mathrm{min}} par exercice

  1. Question de coursDifficulté 1 sur 3
  2. Un ordre 1 en deux mesuresDifficulté 1 sur 3
  3. Décomposition de l’iodure d’hydrogèneDifficulté 2 sur 3
  4. Dégénérescence, temps de demi-réaction et températureDifficulté 2 sur 3
  5. Un ordre inhabituel : étude littérale complèteDifficulté 3 sur 3

Prépa · Physique-chimie : les 26 chapitres

  1. Mesures et incertitudes
  2. Optique géométrique
  3. Circuits dans l’ARQS
  4. Circuits du premier ordre
  5. Oscillateurs libres et forcés
  6. Filtrage linéaire
  7. Propagation et interférences
  8. Cinématique du point
  9. Lois de Newton
  10. Énergétique du point
  11. Particules chargées
  12. Transformations de la matière
  13. Cinétique chimique
  14. Structure des entités chimiques
  15. Moment cinétique et forces centrales
  16. Mouvement d’un solide
  17. Système thermodynamique
  18. Premier principe
  19. Deuxième principe
  20. Machines thermiques
  21. Champ magnétique et forces de Laplace
  22. Induction
  23. Physique quantique
  24. Solides cristallins
  25. Acide-base et précipitation
  26. Oxydo-réduction et diagrammes E-pH