CHIMIE

© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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Exercices
d. le mélange auquel on a ajouté des traces de vapeur de
mercure absorbe la radiation ; il est alors le siège d’une
réaction chimique qui fournit du méthanal.
1 • Écrire l’équation de la réaction observée. Interpréter
les différentes observations et expliquer la dénomination
de réaction photosensibilisée donnée à cette réaction.
2 • Le mécanisme comporte les actes élémentaires suivants
(le symbole Hg* représente un atome de mercure
dans un état excité) :
Hg + photon c Hg* k 1
Hg* +H 2 cHg +2H • k 2
H • +CO cHC • O k 3
HC • O+H 2 cH 2CO +H • k 4
HC • O+HC • O cH 2CO +CO k 5
Cette réaction est-elle une réaction en chaîne ?Si oui, mettre
en évidence les phases caractéristiques d’un tel processus.
3 • L’analyse du mélange, une fois la réaction terminée,
met en évidence des traces de glyoxal (dont le nom systématique
est éthanedial). Ce résultat est-il compatible avec
le mécanisme proposé ?
4 • Écrire l’expression de la vitesse de disparition du dihydrogène
et celle de la vitesse de formation du méthanal.
Ces vitesses sont-elles égales ?
5 • Reprendre la question précédente en utilisant
l’approximation des états stationnaires pour les intermédiaires
réactionnels ; définir et exprimer alors la vitesse
de la réaction. Quel est son ordre ? On appelera F a le
nombre de photons absorbés par unité de temps. SOS
SOS : La vitesse d’un processus élémentaire photochimique
est proportionnelle au nombre de photons absorbés
par unité de temps.
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Étude d’une flamme
Un mélange d’ammoniac et de dioxygène (à 40 %de NH 3)
sous une pression de 27 mbar, est envoyé dans un brûleur
cylindrique de 8 cm de diamètre. Les concentrations en
molécules diverses, à différentes distances de l’orifice du
brûleur, sont mesurées en effectuant une analyse, par spectrométrie
de masse, d’échantillons prélevés à l’aide d’une
sonde. Les concentrations des entités OH et NH dans leur
état fondamental sont connues par spectroscopie
d’absorption ; celles des entités NO , NH 2 , NH et OH
excitées, par spectroscopie d’émission.
Les résultats sont rassemblés dans trois diagrammes
ci-contre.
1 • Quelle est la composition du mélange réactionnel à
40 mm de l’orifice du brûleur ?Quelle est l’équation de
la réaction principale ?
2 • Quels sont les intermédiaires réactionnels mis en évidence
au cours de l’expérience ?Dans quelle zone les principales
réactions élémentaires se produisent-elles ?
3 • Quels sont les phénomènes qui sont à l’origine de la
lumière émise par la flamme ?
a)
60
50
40
30
20
10
b)
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
c)
0
0
150
100
50
mole % O2, NH3, H2O
NH3
O2 H2O
10
mole % OH mole %
H
OH
2
10
N2O
NH (absorption)
20
intensité émise (unités arbitraires)
NH *
(le symbole * température
OH
désigne une
espèce excitée)
*
NO *
NH * 2
0 10 20 30
30 40
40 d (mm)
T (K)
2000
1800
1600
1400
1200
1000
800
600
400
Profils de concentrations et de température dans une flamme
(NH 3 +O 2).
a. et b. Pourcentages molaires de différentes espèces chimiques
en fonction de d, distance à l’orifice du brûleur ; la
composition est déterminée :
a. par spectrométrie de masse ;
b. par spectroscopie d’absorption.
c. - - - Température en fonction de d.
–––– Intensité lumineuse émise par les molécules excitées
en fonction de d.
H2
mole %
NO
N2O
O2
NO
N2
20 30 40 d (mm)
6
5
4
3
2
1
5
4
3
2
1
d (mm)