Chimie · Prépa 2e année · 1 exercice vérifié
S’entraîner : Cinétique en réacteur ouvert : bilan de matière et temps de passage
Chapitre : Cinétique chimique
Ce que vous travaillez
Étendre la cinétique du réacteur fermé au réacteur traversé par un écoulement. Bilan de matière sur un constituant : ce qui entre, ce qui sort, ce qui est produit ou consommé, ce qui s'accumule. Réacteur parfaitement agité continu, où la composition est uniforme et égale à celle de la sortie : régime transitoire et régime permanent, temps de passage défini par le rapport du volume au débit volumique, taux de conversion en régime permanent pour une réaction d'ordre simple. Comparaison au réacteur fermé à volume constant : à temps de passage égal au temps de séjour, les deux ne donnent pas la même conversion, et pourquoi. Lecture d'une mesure de conversion en fonction du débit comme moyen de déterminer une constante de vitesse.
À maîtriser avant de commencer
Ces notions sont utilisées ici. Relisez-les si l’une d’elles vous échappe.
- Loi de vitesse d'ordre 1 — v = k [A], équation différentielle d[A]/dt = −k[A], décroissance exponentielle, lien entre k et le temps de demi-réaction t₁/₂ = ln 2 / k.
- Vitesse de réaction et facteurs cinétiques — Transformation lente/rapide, facteurs cinétiques (température, concentration, catalyseur), vitesse volumique de disparition/apparition, temps de demi-réaction.
- Tableau d'avancement et réactif limitant — Avancement x, tableau d'avancement, réactif limitant, avancement maximal, mélange stœchiométrique, bilan de matière.
- Concentration en quantité de matière et dilution — C = n / V (mol/L), lien C_m = C × M, dilution : C₀ V₀ = C V, facteur de dilution, préparation par dilution (fiole jaugée, pipette).
- Équations différentielles y' = ay + b — Solutions de y' = ay, de y' = ay + b, solution vérifiant une condition initiale, interprétation (décroissance radioactive, charge d'un condensateur).
- Lois de vitesse et détermination d'un ordre — Vitesse volumique de réaction rapportée aux nombres stœchiométriques ; loi de vitesse, ordres partiels et ordre global, constante de vitesse et son unité ; intégration des lois d'ordre 0, 1 et 2 et temps de demi-réaction associés ; méthodes expérimentales de détermination d'un ordre (méthode intégrale, méthode différentielle, temps de demi-réaction, dégénérescence de l'ordre) ; loi d'Arrhenius et énergie d'activation.
- Mécanismes réactionnels et approximations de la cinétique — Acte élémentaire, molécularité et loi de van 't Hoff (pour un acte élémentaire, et pour lui seul, les ordres partiels sont les nombres stœchiométriques) ; intermédiaire de réaction et profil énergétique d'un mécanisme ; approximation de l'état quasi stationnaire appliquée à un intermédiaire très réactif ; approximation de l'étape cinétiquement déterminante ; établissement de la loi de vitesse d'un mécanisme par étapes et confrontation à la loi expérimentale ; mécanismes en séquence ouverte et en séquence fermée (initiation, propagation, terminaison) ; effet d'un catalyseur sur le chemin réactionnel et sur l'énergie d'activation apparente.
Comment se déroule la séance
Cette séance s’appuie sur 1 exercice vérifié. Chacun produit un nouvel énoncé à chaque ouverture, avec une solution calculée.
Formats de réponse : Réponse numérique (1). Difficulté 4 sur 5. Environ 5 minutes pour un premier passage.
Dans votre compte : aide graduée (indice, rappel de cours, aide au démarrage), corrigé pas à pas après chaque tentative, suivi de vos progrès.
Essayez un exercice, sans compte
Un exercice réel de cette séance, le même pour chaque visiteur. Répondez, puis vérifiez : la correction est calculée, et le corrigé s’affiche après votre tentative.
Difficulté 4 sur 5 · ≈ 5 minutes
Énoncé
Un réacteur parfaitement agité continu de volume 18 L reçoit un débit 14 L/min contenant A à 30 mmol/L. A disparaît au premier ordre avec k=0,1 min⁻¹. À l’état stationnaire, calculez la concentration de A en sortie, en mmol/L.
Donnez la valeur numérique demandée, avec au moins six chiffres significatifs si nécessaire.
Votre réponse
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