Chapitre 6 | Première STL — spécialité Physique-chimie et mathématiques | Physique-Chimie
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026
Durée : 1 h — Barème : /20 — Calculatrice autorisée
Les réponses doivent être justifiées. Le soin, les unités et le nombre de chiffres significatifs sont notés.
1. Rappeler la définition de la vitesse de disparition d'un réactif \(\text{R}\) et de la vitesse d'apparition d'un produit \(\text{P}\), en donnant leur expression avec un nombre dérivé. Pourquoi une valeur absolue apparaît-elle pour le réactif ? (2 pts)
2. Comment lit-on graphiquement la vitesse à une date \(t\) sur la courbe \([X]=f(t)\) ? (1 pt)
3. On suit un produit \(\text{P}\) : à \(t=15\) s, la tangente à la courbe \([\text{P}]=f(t)\) passe par \((5\ \text{s}\,;\,0{,}10\ \text{mol·L}^{-1})\) et \((25\ \text{s}\,;\,0{,}34\ \text{mol·L}^{-1})\). Calculer la vitesse d'apparition de \(\text{P}\) à \(t=15\) s. (2 pts)
4. Cette réaction est-elle rapide ou lente ? Justifier par le fait qu'on peut en suivre l'évolution. (1 pt)
1. Vitesse de disparition : \(v_{\text{disp}}(\text{R})=\left|\dfrac{\mathrm{d}[\text{R}]}{\mathrm{d}t}\right|\). Vitesse d'apparition : \(v_{\text{app}}(\text{P})=\dfrac{\mathrm{d}[\text{P}]}{\mathrm{d}t}\). Pour un réactif, \([\text{R}]\) diminue, donc son nombre dérivé est négatif : on prend la valeur absolue pour obtenir une vitesse positive. (2 pts)
2. On trace la tangente à la courbe au point de date \(t\) ; la vitesse est la pente (coefficient directeur) de cette tangente (en valeur absolue pour un réactif). (1 pt)
3. \(v_{\text{app}}(\text{P})=\dfrac{0{,}34-0{,}10}{25-5}=\dfrac{0{,}24}{20}=1{,}2\times10^{-2}\ \text{mol·L}^{-1}\text{·s}^{-1}\). (2 pts)
4. Elle est lente : son évolution s'étale sur une durée mesurable (dizaines de secondes), ce qui permet justement de suivre la concentration au cours du temps. (1 pt)
On suit la disparition d'un réactif \(\text{R}\) au cours d'une transformation lente. La concentration initiale est \([\text{R}]_0=1{,}00\ \text{mol·L}^{-1}\).
| \(t\) (min) | 0 | 4 | 8 | 12 | 16 | 20 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| \([\text{R}]\) (mol·L⁻¹) | 1,00 | 0,72 | 0,50 | 0,36 | 0,25 | 0,18 |
1. Estimer la vitesse moyenne de disparition de \(\text{R}\) entre \(t=0\) et \(t=4\) min. (2 pts)
2. Estimer cette vitesse moyenne entre \(t=16\) et \(t=20\) min. Comparer avec la question 1 et interpréter. (2 pts)
3. Déterminer le temps de demi-réaction \(t_{1/2}\). Expliquer la démarche. (2 pts)
4. À \(t=t_{1/2}\), reste-t-il du réactif à transformer ? Combien (en fraction de \([\text{R}]_0\)) ? (2 pts)
1. \(v=\dfrac{|0{,}72-1{,}00|}{4-0}=\dfrac{0{,}28}{4}=7{,}0\times10^{-2}\ \text{mol·L}^{-1}\text{·min}^{-1}\). (2 pts)
2. \(v=\dfrac{|0{,}18-0{,}25|}{20-16}=\dfrac{0{,}07}{4}\approx1{,}8\times10^{-2}\ \text{mol·L}^{-1}\text{·min}^{-1}\). La vitesse est bien plus faible qu'au début : elle diminue au cours du temps, car les réactifs se consomment (concentration plus faible → moins de chocs). (2 pts)
3. On cherche la date où \([\text{R}]=\dfrac{[\text{R}]_0}{2}=\dfrac{1{,}00}{2}=0{,}50\ \text{mol·L}^{-1}\). D'après le tableau, cette valeur est atteinte à \(t=8\) min. Donc \(t_{1/2}=8\ \text{min}\). (2 pts)
4. Oui : à \(t_{1/2}\), on a consommé la moitié du réactif, il en reste donc encore la moitié, soit \(\dfrac{[\text{R}]_0}{2}=0{,}50\ \text{mol·L}^{-1}\), à transformer. (2 pts)
La décomposition de l'eau oxygénée s'écrit \(2\,\text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O} + \text{O}_2\). Elle est très lente à température ambiante, mais on peut l'accélérer de plusieurs façons.
1. Citer les deux facteurs cinétiques au programme et indiquer, pour chacun, dans quel sens il faut le modifier pour accélérer la réaction. (2 pts)
2. Définir un catalyseur (deux propriétés attendues). (1,5 pt)
3. On accélère la décomposition de trois manières : (a) par des ions \(\text{Fe}^{3+}\) en solution ; (b) par de la poudre de dioxyde de manganèse \(\text{MnO}_2\) (solide) ; (c) par la catalase (enzyme de la pomme de terre). Qualifier la nature de la catalyse dans chaque cas. (1,5 pt)
4. Le catalyseur change-t-il la nature ou la quantité des produits formés ? Que change-t-il ? (1 pt)
1. La température : l'augmenter accélère la réaction. La concentration des réactifs : l'augmenter accélère la réaction. (2 pts)
2. Un catalyseur est une espèce qui accélère la réaction et qui n'est pas consommée globalement (régénérée, retrouvée intacte, absente du bilan). (1,5 pt)
3. (a) ions en solution avec les réactifs → catalyse homogène ; (b) solide au contact du liquide → catalyse hétérogène ; (c) enzyme → catalyse enzymatique. (0,5 pt chacun)
4. Non : les produits (\(\text{H}_2\text{O}\) et \(\text{O}_2\)) et leurs quantités sont inchangés. Le catalyseur ne modifie que la vitesse (la durée) de la transformation, pas son état final. (1 pt)