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Laquelle des affirmations suivantes explique comment les catalyseurs augmentent la vitesse de réaction ? (A) Les catalyseurs sont consommés dans la réaction, offrant une plus grande superficie. (B) Les catalyseurs fournissent une voie chimique alternative avec une énergie d’activation inférieure. (C) Les catalyseurs fournissent des conditions alternatives avec la même voie chimique. (D) Les catalyseurs sont consommés dans la réaction, fournissant une voie chimique alternative. (E) Les catalyseurs fournissent une voie alternative avec une énergie d’activation plus élevée.
Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d’une réaction chimique. Mais un catalyseur n’est jamais altéré chimiquement à la fin de la réaction. Donc, tout de suite, nous pouvons éliminer les choix de réponses (A) et (D). Puisque les catalyseurs ne sont pas modifiés chimiquement à la fin de la réaction, ils ne sont jamais consommés dans la réaction.
Mais revenons à la question. Comment les catalyseurs augmentent-ils la vitesse de réaction ? Pour y répondre, nous allons nous référer à ce diagramme de réaction. Cette quantité d’énergie ici est appelée l’énergie d’activation. L’énergie d’activation est la quantité minimale d’énergie nécessaire pour que la réaction ait lieu. Si les particules ne possèdent pas cette quantité d’énergie lorsqu’elles entrent en collision, aucune réaction ne se produira. Les catalyseurs augmentent la vitesse de réaction parce qu’ils fournissent une voie alternative pour que la réaction progresse, qui a une énergie d’activation inférieure. Le choix de réponse (B), les catalyseurs fournissent une voie chimique alternative avec une énergie d’activation inférieure, semble le mieux correspondre à cela.
Un exemple de catalyseurs à l’œuvre dans l’industrie est le procédé Haber-Bosch. Le procédé Haber-Bosch est la synthèse industrielle d’ammoniac, à partir d’azote et d’hydrogène gazeux, destiné à être utilisé dans les engrais. La réaction entre l’azote et l’hydrogène a une énergie d’activation très élevée. Donc, la réaction ne se produit pas dans des conditions normales. Un catalyseur en fer est donc utilisé. Les particules d’azote et d’hydrogène peuvent s’adsorber sur la surface du catalyseur en fer. Ensuite, les molécules se dissocient, ou se décomposent, en atomes d’azote et d’hydrogène. Les atomes individuels d’hydrogène se lient ensuite aux atomes d’azote un par un. Les molécules d’ammoniac formées sont ensuite libérées, ou désorbées, de la surface du catalyseur.
La réaction utilisant le catalyseur nécessite beaucoup moins d’énergie que la réaction entre les atomes d’azote et d’hydrogène seuls, ce qui explique pourquoi tous les catalyseurs augmentent la vitesse de réaction. Les catalyseurs fournissent une voie chimique alternative avec une énergie d’activation inférieure. Cela correspond au choix de réponse (B).