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étude cinétique d'une réaction

Posté par
ehm
24-08-16 à 02:46

Bonjour à tous et à toutes.
Une solution de pentaoxyde de diazote N2O5 dans CCl4 est plongée à l'instant t=0 dans un thermostat à 45°C.
La réaction de décomposition  N2O5 --> N2O4 +½O2 est du premier ordre par rapport à N2O5.
N2O4 se transforme partiellement en NO2, mais ces deux composés sont solubles dans CCl4 et seul dle dioxygène se dégage. Le volume de gaz recueilli ( à 25°C sous 1 bar ) est Vt = 19,0 mL après 40 min et V = 35,0 mL au bout d'un temps infini.
1-quelle la la relation entre Vt, V et la constante de vitesse k de la réaction
--------------------------------------------------------------------------------------------------
j'ai essayé de le résoudre, mais à un instant je me suis bloqué.
-d[N2O5] /dt = -k*[N2O5] ;
d[N2O5]/ [N2O5] = -k*dt ;
ln [N2O5] = -kt +A ; A est une constante.
                    N2O5 --> N2O4     +   ½O2
à  t=0            n0                       0               0
à t                 n0-x                   x              ½ x
à t=t            0                           n0           ½n0
d'après ce tableau, on a:
n(O2)=½ n0=½ n(N2O5)0
donc:
n(N2O5)0=2n(O2)
n(O2) =P V(O2) / RT ; n(N2O5)0 = 2 n(O2) =2P V(O2) / RT ;

Posté par
vanoise
re : étude cinétique d'une réaction 24-08-16 à 11:46

Bonjour
Ici le système ne constitue pas un milieu homogène (deux phases en présence). Je pense que tu dois résoudre l'équation différentielle :
\frac{dx}{dt}=k.\left(n_{0}-x\right)
Ensuite, si tu notes V(t) le volume de dioxygène obtenu à la date t quelconque, la loi des gaz parfaits te conduit à :
\frac{x}{n_{0}}=\frac{V(t)}{V_{\infty}}
Ces deux relations vont te donner l'expression de V(t). Tu n'auras plus qu'à considérer le cas particulier t = 40min.

Posté par
ehm
re : étude cinétique d'une réaction 24-08-16 à 18:00

je vous remercie pour votre aide,
Mais je sais pas d'où vient cette relation que vous avez écrit: \frac{dx}{dt}=k.\left(n_{0}-x\right)
si vous pouvez, s'il vous plaît, faire une explication concernant celle-ci.
la résolution de cette équation différentielle donne: -ln(n0-x)=k*t + A ; A une constante.
ln(n0-x)=-k*t-A
n0-x=e-kt-A=e-kt*e-A=K'*e-kt   ; K'=e-A
n0-x=K'*e-kt
loi des GP:
n=PV/RT
n0=PV0/RT
x=PV(t)/RT
x/n0=V(t)/V0 ---> (1)
on trouve la relation (1) sans l'équation différentielle, quelle la relation donc entre la relation (1) et l'équation différentielle?

Posté par
vanoise
re : étude cinétique d'une réaction 25-08-16 à 14:29

Bonjour
Lorsque se trouvent réunies les quatre conditions suivantes :
1° : réacteur fermé
2° : réacteur de volume fixe
3° : réacteur maintenu à température fixe
4° : réacteur contenant un mélange homogène
les conventions sont très claires et correspondent à ce que tu as écrit :

\frac{d\left[N_{2}O_{5}\right]}{dt}=-k\cdot\left[N_{2}O_{5}\right]
Ici, la situation est plus compliquée car seule la condition 3 semble vérifiée. Dans ce cas, il n'y a pas vraiment de convention clairement établie. J'ignore comment fait ton professeur dans ce genre de situation. Une méthode possible consiste à écrire que la dérivée par rapport au temps de l'avancement est proportionnelle à la quantité restante de N2O5 :
\frac{dx}{dt}=k.\left(n_{0}-x\right)
Compte tenu du fait que x =0 à t=0, la solution de cette équation différentielle peut s'écrire :
x=n_{0}\cdot\left(1-e^{-k\cdot t}\right)
Si ensuite, tu remplaces x par n_{0}\cdot\frac{V(t)}{V_{\infty}} tu obtiens biens l'expression en fonction de t de V(t). Tu n'as plus qu'à considérer le cas particulier t=40min.

Posté par
ehm
re : étude cinétique d'une réaction 25-08-16 à 19:54

Merci beaucoup.
alors, ona : dx/dt=k(n0[/sub]-x) ----> x=n[sub]0(1-e-kt)
on a auss, selon la loi des GP: PV(t)=xRT ---> x=PV(t)/RT
                                                                   PV()=n(O2)*RT---> n(O2) =   PV()/RT
x/n(O2)=V(t)/V()
on a n(O2)=(1/2) *n0
--->    x/(1/2)*n0=V(t)/V()
--->    x=0,5*n0*V(t)/V()=n0(1-e-kt)
--->   0,5*V(t)/V()=1-e-kt
d'après l'énoncé, on a:
()=35 mL
et à t=40min ; v(t=40min)=19mL
0,5*19/35=1-e-k*(40*60)
e-k*(2400)=1- 0,5*19/35=0,73
-k*2400=ln(0,73)=-0,31
k*2400=0,31
k=0,31/2400=1,32*10^-4 s-1
est ce que j'ai commis des erreurs,  ou bien c'est juste?
Merci.

Posté par
vanoise
re : étude cinétique d'une réaction 25-08-16 à 22:30

Bonsoir
Quand tu écris l'équation d'état du gaz parfait auquel tu assimiles O2 tu obtiens :

\begin{cases}
 \\ \frac{1}{2}x=\frac{P.V(t)}{R.T}\\
 \\ \frac{1}{2}n_{0}=\frac{P.V_{\infty}}{R.T}
 \\ \end{cases}
 \\
La division membre à membre fait disparaître le facteur 1/2 du calcul ; on peut donc écrire directement :

\frac{V(t)}{V_{\infty}}=\frac{x}{n_{0}}=1-e^{-kt}

e^{-kt}=1-\frac{V(t)}{V_{\infty}}=\frac{V_{\infty}-V(t)}{V_{\infty}}

-k.t=\ln\left(\frac{V_{\infty}-V(t)}{V_{\infty}}\right)\quad soit\quad k=\frac{1}{t}\cdot\ln\left(\frac{V_{\infty}}{V_{\infty}-V(t)}\right)=\frac{1}{40.60}\cdot\ln\left(\frac{35}{35-19}\right)\approx3,26.10^{-4}s^{-1}



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