QCM. N° 05

Modélisation micrsoscopique

de l'évolution d'un système

Cours


 
 
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QCM N° 05

Modélisation microscopique de l’évolution d’un système

L’interprétation microscopique des réactions chimiques

Les mécanismes réactionnels.

La modélisation des interactions entre entités.

 AIDE

Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

 

Énoncé

A

B

C

R

1

Les chocs entre entités

réactives :

Sont

aléatoires

Sont tous

efficaces

peuvent ne

pas conduire

aux produits

de la réaction

AC

2

Pour que les entités

réactives conduisent

à un produit, il faut que :

Les entités

entrent en

collision

Les chocs

soient

suffisamment

énergétiques

Les orientations

des entités

soient

favorables

ABC

3

Les chocs efficaces

entre les entités :

chocs efficaces 

Augmente

avec la

température

du mélange

réactionnel

Augmente

avec la

concentration

des réactifs

Diminue

avec la

concentration

des réactifs

AB

4

L’équation d’une

réaction chimique

modélise :

Microscopiquement

la transformation

Macroscopiquement

la transformation

Un acte

élémentaire

B

5

Un acte élémentaire :

Est un processus

décrit au niveau

 microscopique

Est une étape

d’un mécanisme

réactionnel

Est

décomposable

AB

6

Un intermédiaire

réactionnel :

Figure dans

l’équation de

la réaction

Est présent

dans le milieu

réactionnel

à l’état final

Figure dans

le mécanisme

réactionnel

C

7

Un catalyseur :

Modifie le

mécanisme

réactionnel

Remplace une

étape lente par

une succession

d’étapes plus

rapides

Diminue en

général le

nombre

d’actes

élémentaires

AB

8

La réaction entre les

ions iodure I (aq) et

peroxodisulfate

S2O82– (aq) a

pour équation :

2 I (aq) + S2O82– (aq)

I2 (aq) + 2 SO42– (aq)

Lorsqu’elle est catalysée,

elle peut être décomposée

en deux étapes :

1 4 I (aq) + 2 Cu2+ (aq)

I2 (aq) + 2 CuI (s)

2 S2O82– (aq) + 2 CuI (s)

→ 2 Cu2+ (aq)+ 2 I (aq)

+ 2 SO42– (aq)

On peut affirmer que :

Les ions

cuivre II

Cu2+ (aq)

catalysent la

réaction

L’iodure

de cuivre II

CuI (s)

catalyse

la réaction

Les ions

iodure I (aq)

catalysent

la réaction

A

9

Dans la molécule

de méthylamine

dont le schéma de

Lewis et modélisé

ci-dessous :

 méthylamine

Données :

χ (H) = 2,2 ; χ (C) = 2,6

χ (N) = 3,0 ; χ (O) = 3,4 

 

L’atome

d’azote est

un site donneur

de doublet

d’électrons

L’atome de

carbone est

un site

donneur

de doublet

d’électrons

L’atome de

carbone est

un site

accepteur

de doublet

d’électrons

AC

10

Les flèches courbes

tracées dans l’équation

d’une étape d’un

mécanisme réactionnel :

Modélisent le

mouvement

d’un doublet

d’électrons

Sont orientées

du doublet

d’électrons

du site

donneur vers

le site accepteur

de doublet

d’électrons.

Sont orientées

du doublet

d’électrons

du site

accepteur vers

le site donneur

de doublet

d’électrons.

AB

11

L’ion cyanure CN réagit

en une seule étape avec

le méthanal CH2O

pour donner l’espèce

NCCH2 – O.

Cette étape peut être

modélisée par :

 réponse A

réponse B

réponse C 

C

 

QCM réalisé avec le logiciel Questy  

Pour s’auto-évaluer

haut

AIDE

Notion de choc efficace :

-     Les entités d’un système sont en mouvement incessant, aléatoire et désordonné.

-     Un système contient les entités A et B.

-     Obligatoirement les deux entités A et B vont entrer en collision.

-     Dans la théorie des collisions, ces chocs peuvent être à l’origine de réactions chimiques.

-     On considère deux entités A et B entrant en collision.

-     Choc élastique entre les entités A et B entrant en collision :

 Choc élastique

-     Les entités A et B rebondissent l’une sur l’autre.

-     Elles repartent dans d’autres directions et entrainent d’autres collisions.

-     Il n’y a pas de réaction chimique.

-     Choc efficace entre les entités A et B entrant en collision 

 Choc efficace

-     Le choc aboutit à la formation des entités C et D.

-     Dans ce cas, il se produit une réaction chimique.

-     L’efficacité du choc est liée à son énergie qui dépend de la vitesse des entités A et B entrant en collision, de leurs tailles, de leurs orientations, …

 

Concentration des réactifs :

-     C’est un facteur cinétique

-     L’évolution d’un système chimique est d’autant plus rapide que les concentrations des réactifs sont élevées.

-     Ce résultat peut s’interpréter à l’échelle microscopique.

-     Plus la concentration des réactifs est grande, plus la probabilité de rencontre est grande et plus il y a de chocs efficaces entre les entités chimiques et plus la transformation est rapide.

 

Température du milieu réactionnel :

-     C’est un facteur cinétique

-     Plus la température est élevée, plus l’agitation thermique est grande, plus l’énergie cinétique des espèces chimiques sera importante et plus la vitesse des espèces chimiques sera grande.

-     Il découle de ceci que le nombre de chocs efficaces entre les espèces chimiques augmente avec la température.

-     Une augmentation de la température permet à la transformation chimique de se produire plus vite.

Acte élémentaire :

-     Processus qui se déroule à l’échelle microscopique, en une seule étape : les réactifs sont directement transformés en produits.

Molécularité d'un acte élémentaire :

-     La molécularité d'un acte élémentaire correspond au nombre d'entités participant en tant que réactifs à cet acte.

 

Mécanisme réactionnel :

-     Ensemble des actes élémentaires permettant de rendre compte, à l’échelle microscopique, de la formation à l’échelle macroscopique, des produits à partir des réactifs.

 

Intermédiaire réactionnel :

-     Entité produite au cours d’un acte élémentaire puis totalement consommée dans un autre.

 

Action d’un catalyseur :

-     Un catalyseur accélère une réaction chimique en modifiant le mécanisme réactionnel.

-     Il remplace une étape lente du mécanisme réactionnel par plusieurs étapes rapides.

-     Il disparaît au cours du mécanisme réactionnel et est régénéré en fin de réaction.

-     Il n’apparaît pas dans l’équation de la réaction.

 

Intermédiaire réactionnel et catalyseur :

-     Il ne faut pas confondre intermédiaire réactionnel et catalyseur.

-     Un intermédiaire réactionnel est produit lors d’une des étapes du mécanisme réactionnel, puis totalement consommé dans une autre étape.

-     Alors qu’un catalyseur est consommé puis totalement régénéré.

 

Électronégativité d’un élément chimique.

-     L’électronégativité d’un élément traduit la tendance d’un atome A de cet élément à attirer le doublet d’électrons d’une liaison covalent qu’il forme avec un autre atome B.

-     Plus un élément est électronégatif, plus il attire à lui le doublet d’électrons de la liaison covalent.

-     L’électronégativité varie selon la place de l’élément dans la classification périodique, ceci à l’exception des gaz nobles.

-     Cette propriété est liée à la règle du duet et de l’octet.

 

Site donneur de doublet d’électrons :

-     Dans un édifice, un atome porteur de doublet(s) non liant(s) ou porteur d’une charge électrique négative constitue un site donneur de doublet d’électrons.

-     Une liaison multiple constitue aussi un site donneur de doublet d’électrons.

-     Un site donneur de doublet d’électrons peut être un doublet non liant, une liaison polarisée ou une double liaison.

-     Exemple :  L’ion hydroxyde : HO

Représentation

de Lewis

L’ion hydroxyde : Lewis

-     L’atome d’oxygène

-     Possède trois doublets non liants et un doublet liant (il respecte la règle de l’octet).

-     Il porte une charge électrique négative.

-     C’est un site riche en électrons : c’est un site donneur de doublet d’électrons.

 

Site accepteur de doublet d’électrons :

-     Dans un édifice, un atome porteur de charge électrique positive élémentaire (atome appauvri en électrons) constitue un site accepteur de doublet d’électrons.

-     Un site accepteur de doublet d’électrons peut être un atome porteur d’une charge électrique positive, partielle ou non et / ou d’une lacune électronique.

-     Exemple : L’ion hydrogène : H+

-     L’ion hydrogène provient d’un atome d’hydrogène ayant perdu un électron.

-     L’ion hydrogène H+ ne possède pas d’électron et porte une charge électrique positive.

-     C’est un site accepteur de doublet d’électrons.

-     Il possède une lacune électronique : L’ion hydrogène : H+ et lacune électronique

 

Mécanisme d’une réaction chimique :

-     À l’échelle microscopique, le passage des réactifs aux produits peut nécessiter plusieurs réactions ou étapes.

-     Ces étapes constituent le mécanisme réactionnel.

-     L’étude de l’interaction entre sites donneur et accepteur de doublet d’électrons permet d’interpréter les étapes d’un mécanisme réactionnel.

 

Formalisme des flèches courbes :

 

Site donneur :

Doublet non liant

La flèche courbe (rouge), orientée

du doublet non liant de D vers A,

représente le mouvement du doublet d’électrons

mis en jeu lors de l’interaction entre

le site donneur de doublet d’électrons et

le site accepteur de doublet d’électrons.

Elle permet d’expliquer la formation

de la nouvelle liaison DA.

Site donneur : doublet non liant

Site accepteur :

site appauvri

en électrons

 

Site donneur :

Liaison polarisée

La flèche courbe (rouge), orientée

De la liaison polarisée XD vers A,

représente le mouvement du doublet d’électrons

mis en jeu lors de l’interaction entre

le site donneur de doublet d’électrons et

le site accepteur de doublet d’électrons.

Elle permet d’expliquer la rupture de la liaison

XD et la formation de la nouvelle liaison DA.

 Site donneur : liaison polarisée

Site accepteur :

site appauvri

en électrons

 

Site donneur :

Double liaison

polarisée

ou non

La flèche courbe (rouge), orientée

de la double liaison polarisée X = D vers A,

représente le mouvement du doublet d’électrons

mis en jeu lors de l’interaction entre

le site donneur de doublet d’électrons et

le site accepteur de doublet d’électrons.

Elle permet d’expliquer la rupture d’une liaison  

de la double liaison X = D et la formation de la

nouvelle liaison DA.

On obtient : X – D – A

 Site donneur : double liaison

Site accepteur :

site appauvri

en électrons

-     Les flèches courbes tracées dans l’équation d’une étape d’un mécanisme réactionnel :

-     Modélisent le mouvement d’un doublet d’électrons

-     Elles sont orientées du doublet d’électrons du site donneur vers le site accepteur de doublet d’électrons.

 

Mécanisme réactionnel et sites donneur et accepteur de doublet d’électrons :

-     Lors d’une transformation, l’ensemble des réactions qui se produisent au niveau microscopique constitue le mécanisme réactionnel.

-     Chacune de ces réactions est une étape du mécanisme réactionnel et résulte de l’interaction entre site donneur et site accepteur de doublet d’électrons.

-     Le mouvement de ce doublet d’électrons peut être représenté par une flèche courbe, reliant le site donneur au site accepteur de doublet d’électrons.

-     CCes flèches courbes permettent d’expliquer la formation ou la rupture des liaisons au cours de ces réactions.

Mécanisme réactionnel

- On obtient l'ion cyanométhanolate : NCCH2O.

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