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La figure ci-dessous illustre quatre réactions différentes entre un échantillon métallique et un acide. Lequel des énoncés suivants prédit le mieux l’ordre des vitesses de réaction de la plus lente à la plus rapide? Supposez que la masse totale du métal, la concentration de l’acide et la température sont identiques pour toutes les réactions. (A) A, C, B, D, (B) D, B, C, A, (C) C, B, A, D, (D) B, D, C, A ou (E) D, A, C, B.
Chacun des béchers illustrés représente une réaction entre un métal et un acide. La question mentionne que la masse totale du métal, la concentration de l’acide et la température sont identiques pour toutes les réactions. Or, pour chacune des réactions, le métal a été divisé en un nombre différent de morceaux. Nous devons déterminer comment cela affectera la vitesse de réaction, puis classer les réactions dans l’ordre de la plus lente à la plus rapide.
La vitesse de réaction représente une mesure de la variation dans le temps de la concentration, de la masse ou du volume des réactifs ou des produits. Plus simplement, la vitesse de réaction peut être considérée comme la vitesse à laquelle se déroule une réaction chimique. Les réactions chimiques se produisent lorsque les particules entrent en collision de façon efficace. En augmentant le nombre de collisions entre les particules, les chances d'avoir des collisions efficaces augmentent, tout comme la vitesse de réaction. En d’autres termes, le fait d'augmenter le nombre de collisions mène à une réaction plus rapide. Considérons une réaction entre les particules orange et roses. Dans cet exemple, la substance rose est un solide contenant des particules très serrées.
Pour qu’une réaction se produise, les particules orange doivent entrer en collision avec les particules roses. Au début, les particules orange peuvent seulement entrer en collision avec les particules roses les plus externes. Les particules les plus internes ne peuvent pas réagir tant que les particules les plus externes n’ont pas réagi. Considérons toutefois ce qui se passerait si nous coupions le solide en deux. Le nombre total de particules roses demeure identique. Or, en divisant le solide en deux, nous avons augmenté le nombre de particules les plus externes qui peuvent réagir en premier. Si nous divisons à nouveau le solide, encore plus de particules roses peuvent alors réagir avec les particules orange. Chaque fois que le solide est divisé, le nombre de particules disponibles pour réagir au début de la réaction augmente. Par conséquent, le nombre de collisions efficaces et la vitesse de réaction augmentent également.
En divisant le solide, nous avons en fait augmenter sa surface de contact. Le fait d'augmenter la surface de contact augmente alors le nombre de collisions, ce qui augmente ensuite la vitesse de réaction. Par conséquent, la réaction la plus lente entre un métal et un acide est celle dans laquelle le métal a la plus petite surface de contact. Inversement, la réaction la plus rapide est celle dans laquelle le métal a la plus grande surface de contact. Pour classer les réactions de la plus lente à la plus rapide, nous devons donc mettre les réactions dans l’ordre de la plus petite surface de contact du métal à la plus grande surface de contact du métal.
Le métal utilisé dans la réaction A a la plus petite surface de contact, donc cette réaction devrait être la plus lente. La division du solide en deux parties augmente sa surface de contact, donc la réaction C doit être plus rapide que la réaction A. Plus le métal est divisé, plus sa surface de contact devient grande. Par conséquent, le métal de la réaction B, qui a été divisé en 20 morceaux, devrait avoir une surface de contact plus grande que le métal de la réaction C. De plus, le métal de la réaction D, qui a été divisé en 80 morceaux, devrait avoir une surface de contact encore plus grande. Nous devons donc nous attendre à ce que la réaction B soit plus rapide que la réaction C et que la réaction D soit la plus rapide de toutes ces réactions.
Nous avons déterminé que les réactions de la plus lente à la plus rapide sont A, C, B, D, ce qui correspond au choix de réponse (A).
