Transformations lentes et rapides — Cours Chimie Bac SVT

Dans le programme du Bac SVT

Coefficient 5 en Bac SVT, derrière les Mathématiques et la SVT (coefficient 7). Le bloc chimie (cinétique, équilibres, acide-base, oxydoréduction, estérification) est commun aux filières expérimentales ; la transformation forcée (électrolyse) et le contrôle de l'évolution ne sont pas au programme SVT. Ce chapitre ouvre la cinétique chimique : il faut d'abord savoir écrire l'équation d'une réaction (souvent d'oxydoréduction) et connaître ses facteurs cinétiques.

À l'épreuve

Écriture de demi-équations électroniques (notamment $\text{MnO}_4^{-}/\text{Mn}^{2+}$, $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}/\text{SO}_4^{2-}$, $\text{I}_2/\text{I}^{-}$), établissement du bilan d'oxydoréduction, et discussion de l'influence d'un facteur cinétique sur la durée de la transformation.

Objectifs d'apprentissage

Distinguer une transformation rapide d'une transformation lente
Identifier les couples oxydant/réducteur mis en jeu
Écrire les demi-équations électroniques et le bilan d'oxydoréduction
Citer et utiliser les facteurs cinétiques (température, concentration, catalyseur)
Expliquer le rôle d'un catalyseur

Notions clés

Transformations rapides et lentes

Une transformation est rapide si elle semble instantanée à l'œil (acide-base, précipitation), lente si son évolution est observable pendant plusieurs minutes ou plus (oxydation des ions iodure, estérification).

Oxydoréduction

Un oxydant capte des électrons, un réducteur en cède. Demi-équation :

\text{ox}+n\,e^{-}\rightleftharpoons\text{réd}

. En milieu acide, on équilibre avec

\text{H}^{+}

\text{H}_2\text{O}

. Le bilan s'obtient en éliminant les électrons entre les deux demi-équations.

Facteurs cinétiques

La durée d'une transformation lente diminue si on augmente la température, si on augmente la concentration des réactifs, ou en présence d'un catalyseur (espèce qui accélère la réaction sans figurer dans le bilan).

Erreurs fréquentes

Oublier d'équilibrer les charges (avec H⁺) et les éléments O et H (avec H₂O) dans une demi-équation.

Faire apparaître le catalyseur dans l'équation bilan.

Confondre « transformation rapide » et « transformation totale » (ce sont deux notions différentes).

Écrire des nombres d'électrons différents de part et d'autre du bilan.

Exemple corrigé

Énoncé

Écrire l'équation de la réaction entre les ions peroxodisulfate

\text{S}_2\text{O}_8^{2-}

et les ions iodure

\text{I}^{-}

. Couples :

\text{S}_2\text{O}_8^{2-}/\text{SO}_4^{2-}

\text{I}_2/\text{I}^{-}

Correction

Demi-équations.

\text{S}_2\text{O}_8^{2-}+2\,e^{-}\longrightarrow 2\,\text{SO}_4^{2-}

(réduction) et

2\,\text{I}^{-}\longrightarrow \text{I}_2+2\,e^{-}

(oxydation).

Bilan. On additionne (les

2\,e^{-}

se simplifient) :

\text{S}_2\text{O}_8^{2-}+2\,\text{I}^{-}\longrightarrow 2\,\text{SO}_4^{2-}+\text{I}_2

Cette transformation est lente à température ambiante : sa vitesse peut être suivie (par exemple par titrage du diiode formé).

Le cours, puis l'entraînement.

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3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Citer trois facteurs cinétiques permettant d'accélérer une transformation lente.

Voir la correction

L'augmentation de la température, l'augmentation de la concentration des réactifs, et l'ajout d'un catalyseur.

Exercice 2

Moyen

Écrire la demi-équation électronique du couple

\text{MnO}_4^{-}/\text{Mn}^{2+}

en milieu acide.

Voir la correction

\text{MnO}_4^{-}+8\,\text{H}^{+}+5\,e^{-}\longrightarrow \text{Mn}^{2+}+4\,\text{H}_2\text{O}

Exercice 3

Difficile

Écrire l'équation de la réaction entre

\text{MnO}_4^{-}

\text{Fe}^{2+}

en milieu acide. Couples :

\text{MnO}_4^{-}/\text{Mn}^{2+}

\text{Fe}^{3+}/\text{Fe}^{2+}

Voir la correction

\text{MnO}_4^{-}+8\,\text{H}^{+}+5\,e^{-}\longrightarrow \text{Mn}^{2+}+4\,\text{H}_2\text{O}

(

\times 2

) et

\text{Fe}^{2+}\longrightarrow \text{Fe}^{3+}+e^{-}

(

\times 10

). Bilan :

2\,\text{MnO}_4^{-}+16\,\text{H}^{+}+10\,\text{Fe}^{2+}\longrightarrow 2\,\text{Mn}^{2+}+10\,\text{Fe}^{3+}+8\,\text{H}_2\text{O}

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Questions fréquentes

Comment savoir si une transformation sera lente ou rapide ?

Les réactions acide-base, de précipitation et certaines oxydoréductions sont rapides. Les oxydations d'ions par des oxydants « lents » (peroxodisulfate, eau oxygénée) et l'estérification sont lentes et permettent un suivi cinétique.

Qu'est-ce qu'un catalyseur ?

Une espèce qui accélère une transformation sans être consommée : elle n'apparaît pas dans l'équation bilan et se retrouve intacte à la fin.

Comment équilibrer une demi-équation en milieu acide ?

On équilibre d'abord l'élément principal, puis l'oxygène avec H₂O, l'hydrogène avec H⁺, et enfin les charges avec les électrons.