A. Guillerand – BCPST 1 A Lycée Hoche – Versailles – 2014/2015 Travaux pratiques TP C10 : Etude de la cinétique de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle Objectifs :  déterminer l’ordre de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle (2chloro,2-méthylpropane) dont l’équation de réaction est présentée ci-dessous. (la réaction a lieu dans le solvant eau/éthanol (40/25)).  de vérifier que la constante de vitesse de la réaction vérifie la loi d’Arrhenius (chaque groupe effectuera le suivi cinétique à une température différente) et de déterminer l’énergie d’activation de la réaction Proposer un protocole permettant de suivre la réaction sur l’ensemble de la durée proposée, sachant que l’on utilisera mL de solvant éthanol/eau déjà préparé et mL de chlorure de tertiobutyle. Vous rédigerez un protocole précis, en faisant apparaître la grandeur suivie, l’ordre dans lesquels vous introduisez les réactifs, la verrerie utilisée, les caractéristiques du suivi (combien de points de mesure ou l’intervalle entre chaque prise, à quel moment on lance l’acquisition…) Remarque : on utilisera le module d’acquisition automatique de Regressi pour effectuer le suivi Afin d’alléger l’écriture, la réaction est notée : Chaque binôme étudiera la réaction sur à une seule température que je vous indiquerai en début de séance. Les résultats seront mis en commun lors de la séance. TP C10 – Etude de la cinétique de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle 1 A. Guillerand – BCPST 1 A Lycée Hoche – Versailles – 2014/2015 Travaux pratiques Méthode d’analyse des résultats expérimentaux Protocole : On utilisera la méthode intégrale (sans linéarisation) pour analyser les données expérimentales afin de tester les ordres classiques et de déterminer celui qui semble le mieux correspondre à la réaction. La réaction chimique faisant intervenir des ions il est possible de faire un suivi conductimétrique (un suivi pH-métrique aurait aussi été envisageable puisque l’on forme des ions ) Les conditions de l’expérience sont telles que l’ordre partiel par rapport à l’eau apparait comme nul. Ainsi la loi de vitesse s’écrit : - On testera les ordres - ; et Rappel de la méthode : 1. Faire une hypothèse sur l’ordre partiel : , ou 2. Intégrer l’équation différentielle dans cette hypothèse : on détermine ainsi 3. Si les données expérimentales ne sont pas directement les concentrations mais une grandeur expérimentale (notée ): transformer en Ici il est possible de linéariser l’expression pour tracer le graphe qui devrait donner une droite si l’hypothèse était correcte. Mais nous ne le ferons pas afin d’utiliser les outils de modélisation complexe de regressi (autre que la régression linéaire) - Introduire dans le bécher thermostaté 60 mL du mélange eau/éthanol. Placer la cellule de conductimétrie dans le bécher thermostaté et mettre en marche l’agitation magnétique (un tour par seconde pour ne pas perturber la prise de mesure, il faut éviter les bulles dans la cellule conductimétrique) Préparer le logiciel d’acquisition afin de suivre la cinétique avec un relevé de données toutes les Introduire dans le bécher à l’aide de la pipette jaugée mL de chlorure de tertiobutyle et déclencher la prise de mesure sur le logiciel Remarque : Il n’est pas nécessaire d’étalonner le conductimètre puisqu’ici nous nous intéresserons à l’évolution de la conductivité au cours de la réaction, et non à la valeur exacte de la conductivité de la solution. Sans étalonnage nous mesurons la conductance , étant la constante de cellule. Avec un mauvais étalonnage nous mesurons une valeur proportionnelle à la valeur exacte de la conductivité. 4. Tracer en fonction du temps puis modéliser le graphe sous la forme 5. Si la modélisation ne semble pas correspondre aux données expérimentales, revenir à la première étape et changer l’hypothèse. TP C10 – Etude de la cinétique de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle 2 A. Guillerand – BCPST 1 A Travaux pratiques Lycée Hoche – Versailles – 2014/2015 Travail à effectuer pendant l’acquisition : Après avoir mis en œuvre votre protocole et pendant l’acquisition automatique des données, montrer que : - Si - Si - Si Avec , alors on a , alors on a , alors on a et la concentration initiale en Exploitation des résultats : - - Exporter les mesures dans le tableur de regressi Tracer le graphe en fonction du Modéliser successivement le graphe par les trois fonctions précédentes Analyser l’accord entre chaque modèle et l’expérience (analyse visuelle, écart modèle-expérience donné par regressi ou coefficient de corrélation si la modélisation est affine, analyse des résidus…) En déduire l’ordre partiel modélisant le mieux la réaction et déterminer la constante de vitesse correspondante. Mise en commun des résultats : A partir des constantes de vitesse spécifiques à chaque température. Proposer un graphe expérimental à tracer pour vérifier la loi d’Arrhénius et déterminer l’énergie d’activation de la réaction ainsi que le facteur pré-exponentiel. Remarque : Pour un suivi pH-métrique, selon l’ordre les modèles à tester sont les suivants (à démontrer) : Ordre : Ordre : Ordre : TP C10 – Etude de la cinétique de la réaction d’hydrolyse du chlorure de tertiobutyle 3