Programme en vigueur — arrêtés du 19 juillet 2019, applicable en Terminale depuis la rentrée 2020. Voir le texte
Vitesse de réaction : définition, facteurs (température, concentration, catalyseur). Ordre de réaction 0, 1, 2. Demi-vie. Catalyse homogène, hétérogène et enzymatique.
La règle d'or
Pour une réaction d'ordre un, le temps de demi-réaction ne dépend pas de la concentration initiale : il caractérise la réaction elle-même.
L'erreur que tout le monde fait
Croire que doubler la concentration initiale double le temps nécessaire pour consommer la moitié du réactif.
À l'ordre un, la vitesse est proportionnelle à la concentration : une solution deux fois plus concentrée réagit deux fois plus vite, et les deux effets se compensent exactement. C'est ce qui rend la demi-vie utilisable comme constante, en radioactivité comme en cinétique, alors qu'à l'ordre zéro ou deux elle dépend bel et bien de la concentration de départ.
Vérifier sur la courbe que les demi-vies successives sont égales : si elles le sont, l'ordre vaut un.
Doubler la concentration initiale d'un réactif ne double pas le temps qu'il met à disparaître de moitié — pour certaines réactions, ce temps ne change pas du tout. C'est déroutant, et c'est précisément ce qui rend la mesure utile : une grandeur qui ne dépend pas des conditions de départ caractérise la réaction elle-même.
1Mesurer une vitesse
Définition
Vitesse de réaction — La vitesse de réaction mesure la rapidité d'évolution du système : on la définit par la variation d'une concentration par unité de temps, rapportée au coefficient stœchiométrique de l'espèce suivie. Elle se lit sur une courbe de suivi comme la pente de la tangente en un point. Elle décroît presque toujours au cours du temps, les réactifs se raréfiant : parler de « la » vitesse d'une réaction sans préciser l'instant n'a donc pas de sens.
Propriété
Trois facteurs cinétiques modifient la vitesse sans modifier l'état final. La température l'augmente, en rendant les chocs entre entités plus fréquents et surtout plus énergétiques. La concentration des réactifs l'augmente, en multipliant les rencontres. Un catalyseur l'augmente en ouvrant un chemin réactionnel différent. Un quatrième facteur intervient en phase hétérogène : la surface de contact.
2L'ordre d'une réaction
Définition
Ordre de réaction — L'ordre d'une réaction par rapport à un réactif est l'exposant affecté à sa concentration dans l'expression de la vitesse. Il se détermine expérimentalement et ne se lit pas sur les coefficients de l'équation de réaction : une réaction d'équation simple peut avoir un ordre non entier, et un coefficient 2 n'impose aucunement un ordre 2.
Règle
Pour une réaction d'ordre un, le temps de demi-réaction — durée au bout de laquelle la moitié du réactif a été consommée — ne dépend pas de la concentration initiale. Il caractérise donc la réaction elle-même, dans des conditions de température données. Pour un ordre zéro, ce temps est proportionnel à la concentration initiale ; pour un ordre deux, il lui est inversement proportionnel. Mesurer le temps de demi-réaction à deux concentrations différentes suffit donc à trancher entre les trois cas.
Croire que doubler la concentration initiale double le temps nécessaire pour consommer la moitié du réactif.
Pourquoi — L'intuition raisonne sur une quantité absolue : deux fois plus de matière, deux fois plus de temps. Mais le temps de demi-réaction porte sur une proportion, et il y a deux fois plus de matière à consommer et une vitesse plus grande, puisqu'elle dépend de la concentration. Pour un ordre un, les deux effets se compensent exactement, et le temps reste identique.
Le réflexe — Le temps de demi-réaction porte sur une fraction, jamais sur une quantité.
Exemple
Un suivi donne un temps de demi-réaction de 40 s pour une concentration initiale de 0,10 mol·L⁻¹, et de 40 s également pour 0,20 mol·L⁻¹. Quel est l'ordre ?
On compare les deux concentrations initiales :0,20÷0,10=2
La concentration a doublé et le temps de demi-réaction est inchangé.
C'est la signature de l'ordre un : pour un ordre zéro le temps aurait doublé, pour un ordre deux il aurait été divisé par deux.
Ordre un
3La catalyse
Définition
Catalyseur — Un catalyseur augmente la vitesse d'une réaction sans figurer dans le bilan : il est régénéré à la fin. Il agit en ouvrant un chemin réactionnel de plus faible énergie d'activation. Il ne modifie ni l'état final, ni le sens spontané de la transformation, ni le rendement d'un équilibre : il accélère la réaction directe et la réaction inverse dans les mêmes proportions.
Propriété
Trois types de catalyse. Homogène : le catalyseur et les réactifs sont dans la même phase, le contact est total mais la séparation finale est délicate. Hétérogène : le catalyseur est solide et les réactifs fluides, la séparation est facile et la surface de contact devient déterminante. Enzymatique : le catalyseur est une enzyme, remarquable par sa sélectivité — elle ne catalyse qu'une réaction sur un substrat donné — et par son efficacité à température modérée.
Cette sélectivité de l'enzyme a une contrepartie : elle dépend d'une structure tridimensionnelle que la température et le pH peuvent détruire. Au-delà d'une certaine température, l'activité chute au lieu d'augmenter, à rebours de l'effet habituel de la température sur la vitesse. C'est le seul cas du chapitre où chauffer ralentit.
Déterminer l'ordre d'une réaction à partir d'un suivi
Identifier la grandeur suivie — concentration, absorbance, pression — et vérifier qu'elle est proportionnelle à la concentration.
Relever le temps de demi-réaction pour une première concentration initiale.
Recommencer avec une concentration initiale différente, la température étant maintenue constante.Comparer deux expériences à températures différentes ne prouverait rien sur l'ordre.
Comparer les deux temps : inchangé → ordre un ; doublé avec la concentration → ordre zéro ; divisé par deux → ordre deux.0,20÷0,10=2
Conclure en précisant la température, sans laquelle la valeur mesurée n'a pas de sens.
▢Ai-je précisé à quel instant je parle de la vitesse ?
▢Ai-je déterminé l'ordre expérimentalement, et non par les coefficients ?
▢Ai-je comparé deux expériences à même température ?
▢Ai-je retenu qu'un temps de demi-réaction constant signe l'ordre un ?
▢Ai-je écrit qu'un catalyseur ne change pas l'état final ?
▢Ai-je mentionné la surface de contact en catalyse hétérogène ?
L'essentiel en 11 points
·La vitesse de réaction se lit comme la pente de la tangente ; elle décroît avec le temps.
·Facteurs cinétiques : température, concentration, catalyseur, surface de contact.
·L'ordre se détermine expérimentalement, jamais sur les coefficients.
·Ordre un : le temps de demi-réaction ne dépend pas de la concentration initiale.
·Ordre zéro : t₁/₂ proportionnel à C₀. Ordre deux : inversement proportionnel.
·Deux mesures à deux concentrations, même température, suffisent à trancher.
·Un catalyseur est régénéré : il ne figure pas au bilan.
·Il ne change ni l'état final, ni le sens spontané, ni le rendement.
·Catalyse homogène, hétérogène — où la surface compte —, enzymatique.
·Une enzyme est sélective, et sa structure est détruite par la chaleur.
·L'activité enzymatique passe par un maximum : deux effets opposés se superposent.
2
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Fiche PDF — Cinétique chimique — Vitesse et catalyse
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a.Comment lit-on une vitesse de réaction sur une courbe de suivi ?
b.Citer trois facteurs cinétiques.
c.L'ordre d'une réaction se lit-il sur l'équation ? Justifier.
d.Définir le temps de demi-réaction.
e.Qu'est-ce qu'un catalyseur ? Que ne modifie-t-il pas ?
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a. Par la pente de la tangente à la courbe en un point.
b. La température, la concentration des réactifs, le catalyseur — on peut ajouter la surface de contact en phase hétérogène.
c. Non : il se détermine expérimentalement. Une réaction d'équation simple peut avoir un ordre non entier.
d. La durée au bout de laquelle la moitié du réactif limitant a été consommée.
e. Une espèce qui accélère la réaction sans figurer au bilan, régénérée à la fin. Il ne modifie ni l'état final, ni le sens spontané, ni le rendement d'un équilibre.
2
Trois expériences à 25 °C. Concentration initiale et temps de demi-réaction : (A) 0,10 mol·L⁻¹ et 40 s ; (B) 0,20 mol·L⁻¹ et 40 s ; (C) une autre réaction, 0,10 mol·L⁻¹ et 30 s, puis 0,20 mol·L⁻¹ et 60 s.
Analyser
a.Calculer le rapport des concentrations initiales entre A et B.
b.Quel est l'ordre de la réaction suivie en A et B ? Justifier.
c.Calculer le rapport des temps de demi-réaction dans le cas C.
d.Quel est l'ordre de la réaction C ?
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a. Rapport des concentrations :0,20÷0,10=2
La concentration a été doublée.
b. Ordre un. Le temps de demi-réaction est inchangé malgré le doublement de la concentration initiale : il caractérise la réaction elle-même.
c. Rapport des temps :60÷30=2
Le temps a lui aussi doublé.
d. Ordre zéro : le temps de demi-réaction est proportionnel à la concentration initiale, ce qui correspond à une vitesse constante tant qu'il reste du réactif.
3
Facteurs cinétiques et catalyse. Raisonner.
Raisonner
a.Pourquoi une élévation de température accélère-t-elle une réaction ? Donner deux raisons.
b.Un catalyseur augmente-t-il le rendement d'une estérification ? Justifier.
c.Pourquoi broyer un solide accélère-t-il sa réaction avec un liquide ?
d.Quel type de catalyse facilite le plus la séparation finale des produits ?
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a. Les chocs entre entités deviennent plus fréquents, et surtout plus énergétiques : une plus grande proportion d'entre eux dépasse l'énergie d'activation. La seconde raison pèse davantage que la première.
b. Non. Il accélère la réaction directe et la réaction inverse dans les mêmes proportions : l'équilibre est atteint plus tôt, au même endroit. Le rendement est inchangé.
c. Parce qu'on augmente la surface de contact entre les deux phases : davantage d'entités du solide sont accessibles au liquide au même instant.
d. La catalyse hétérogène : le catalyseur étant solide et les réactifs fluides, une simple filtration suffit — alors qu'en catalyse homogène, tout est mélangé dans la même phase.
4
Les enzymes. Analyser.
Argumenter
a.Qu'est-ce qui distingue une enzyme d'un catalyseur minéral ?
b.D'où vient cette sélectivité ?
c.Pourquoi l'activité enzymatique chute-t-elle au-delà d'une certaine température ?
d.En quoi ce comportement contredit-il apparemment le rôle habituel de la température ?
e.Cette contradiction en est-elle une ? Expliquer.
›Voir le corrigéMasquer le corrigé
a. Sa sélectivité : elle ne catalyse qu'une réaction sur un substrat donné, là où un catalyseur minéral accélère souvent plusieurs transformations. Et son efficacité à température modérée.
b. De sa structure tridimensionnelle : un site actif dont la forme et les propriétés chimiques n'accueillent qu'un substrat précis.
c. Parce que la chaleur détruit cette structure tridimensionnelle. Le site actif perd sa forme, et l'enzyme cesse de catalyser.
d. Parce que la température est un facteur cinétique accélérateur : elle rend les chocs plus fréquents et plus énergétiques. On attend donc une vitesse croissante, et l'on observe une chute.
e. Non. Les deux effets sont réels et se superposent : la température accélère bien la réaction, mais elle supprime le catalyseur. Tant que l'enzyme est intacte, l'activité croît ; au-delà, la perte de catalyseur l'emporte. Une courbe d'activité enzymatique passe donc par un maximum — et ce maximum est le résultat de deux effets opposés, non d'une exception à la règle.
Ce qui rapporte des points, ce qui en coûte
Définir la vitesse et la situer dans le temps3 ptsPerdu si : Parler de « la » vitesse sans préciser l'instant
Déterminer un ordre expérimentalement5 ptsPerdu si : Lire l'ordre sur les coefficients stœchiométriques
Exploiter le temps de demi-réaction5 ptsPerdu si : Doubler le temps quand on double la concentration
Énoncer ce qu'un catalyseur ne change pas4 ptsPerdu si : Lui faire augmenter un rendement
Distinguer les trois types de catalyse3 ptsPerdu si : Confondre homogène et hétérogène
Expliquer le maximum d'activité enzymatique2 ptsPerdu si : Y voir une exception au rôle de la température
4
La méthode
Déterminer l'ordre d'une réaction à partir d'un suivi
1
Tracer l'évolution de la concentration du réactif en fonction du temps à partir des mesures.
2
Mesurer plusieurs temps de demi-réaction successifs et les comparer entre eux.
Confirmer en traçant la représentation qui linéarise l'ordre supposé.
4
Déterminer la constante de vitesse à partir du coefficient directeur de la droite obtenue.
5
Vérifier que l'effet d'un changement de température ou l'ajout d'un catalyseur modifie la constante, jamais l'état final.
5
Se tester
Touches 1 à 4
Physique-ChimieTerminale
Question 1
Les astronautes de la mission Europa Clipper doivent analyser la cinétique de la réaction de dissociation de l'eau H2O en hydrogène H2 et oxygène O2 sous l'effet d'un catalyseur enzymatique. Ils mesurent la vitesse initiale v0 pour différentes concentrations d'enzyme (catalase) et obtiennent les résultats suivants. Quelle est la relation entre la vitesse initiale et la concentration en enzyme ?
| [Enzyme] (µmol/L) | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 |
|-----------------------------|-----|-----|-----|-----|
| v0 (µmol/L/s) | 10 | 20 | 30 | 40 |
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Cinétique chimique — Vitesse et catalyse : c'est en quelle classe ?+
Ce chapitre est au programme de Physique-Chimie au lycée, en classe de Terminale, année du Baccalauréat. Il est défini par le Bulletin Officiel de l'Éducation nationale, le texte de référence qui fixe ce qui doit être enseigné dans chaque matière.
Que faut-il savoir sur Cinétique chimique — Vitesse et catalyse ?+
Vitesse de réaction : définition, facteurs (température, concentration, catalyseur). Ordre de réaction 0, 1, 2. Demi-vie. Catalyse homogène, hétérogène et enzymatique. Les notions à maîtriser sont : vitesse de réaction, ordre, demi-vie, catalyseur, facteurs cinétiques, enzyme.
Où télécharger la fiche PDF de Cinétique chimique — Vitesse et catalyse ?+
Sur cette page, dans le bloc « Imprimer » : 3 documents à télécharger — le cours, les exercices et le corrigé — soit 6 pages au format A4, prêtes à imprimer. Le téléchargement est gratuit, immédiat, et ne demande ni compte ni adresse e-mail.
Le corrigé de Cinétique chimique — Vitesse et catalyse est-il fourni ?+
Oui, et c'est un document à part : chaque exercice y est repris étape par étape, avec le barème détaillé en fin de fiche — ce qui est attendu, combien de points, et ce qui fait perdre le point. Un parent qui ne se souvient plus du programme peut corriger une copie avec.
Cinétique chimique — Vitesse et catalyse peut-il tomber au Baccalauréat ?+
Ce chapitre fait partie du programme officiel de Terminale, il entre donc dans le périmètre du Baccalauréat. Le sujet exact varie chaque année et aucun chapitre n'est garanti, mais l'ensemble du programme de l'année est susceptible d'être évalué : mieux vaut ne pas parier sur des impasses.
Comment réviser Cinétique chimique — Vitesse et catalyse efficacement ?+
Commence par lire la fiche de révision pour remettre la règle en place, puis enchaîne immédiatement sur le quiz de cette page. Répondre juste après avoir lu ne suffit pas : reviens sur le chapitre deux ou trois jours plus tard. C'est l'espacement des révisions, plus que leur durée, qui fait tenir une notion en mémoire. Une session de quinze minutes répétée vaut mieux qu'une heure unique.
Faut-il un compte pour s'entraîner sur Cinétique chimique — Vitesse et catalyse ?+
Non. Les quiz, les corrections détaillées et les fiches de révision sont accessibles sans créer de compte et sans donner d'adresse e-mail. Le compte gratuit sert uniquement à conserver la progression d'un appareil à l'autre.