Terminale spécialité · Physique-chimie · Constitution et transformations de la matière · Chapitre 4

Cinétique chimique

Fiche de cours5 min de lecturePar Robin RinguetMise à jour : octobre 2026

Télécharger la fiche (PDF)Exercices et contrôles

1Transformations lentes, rapides, et suivi temporel

Définition. Une transformation est rapide lorsqu’elle paraît achevée dès que les réactifs sont mis en contact ; elle est lente lorsque son évolution peut être suivie à l’œil ou par un appareil de mesure pendant quelques minutes à quelques heures. Certaines sont si lentes qu’elles semblent ne pas avoir lieu : la transformation est alors dite bloquée cinétiquement.

Méthode — choisir un capteur pour un suivi temporel. on mesure, sans perturber le système, une grandeur physique liée à la composition du système : absorbance si une espèce est colorée, conductivité si le nombre ou la nature des ions change, pression si un gaz se forme en récipient fermé, volume de gaz dégagé, ou pH. Un titrage n’est possible qu’après trempe (dilution ou refroidissement brutal), qui bloque la réaction dans le prélèvement.

2Facteurs cinétiques et catalyse

Définition. Un facteur cinétique est une grandeur qui modifie la vitesse d’évolution d’un système : la température (une élévation accélère la transformation), la concentration des réactifs (ou la pression pour des gaz), l’état de division d’un solide et la nature du solvant.

Définition. Un catalyseur est une espèce qui accélère une transformation sans figurer dans l’équation de la réaction et sans modifier l’état final : il est consommé puis régénéré. La catalyse est homogène (catalyseur et réactifs dans le même état physique), hétérogène (états physiques différents, la réaction a lieu en surface) ou enzymatique (le catalyseur est une enzyme, très sélective).

Remarque. Un facteur cinétique ou un catalyseur modifie la durée de la transformation, jamais la composition de l’état final ni l’avancement maximal.

3Vitesse volumique et temps de demi-réaction

Définition. La vitesse volumique de disparition d’un réactif $\ce{R}$ et d’apparition d’un produit $\ce{P}$ valent

v_{\ce{R}}=-\frac{\dd[\ce{R}]}{\dd t},\qquad v_{\ce{P}}=+\frac{\dd[\ce{P}]}{\dd t},

en ${\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}$ . Graphiquement, $v$ est la valeur absolue du coefficient directeur de la tangente à la courbe de concentration à la date considérée.

Propriété. À température constante, la vitesse diminue en général : les réactifs se raréfient. Elle est maximale à $t=0$ et nulle à l’état final.

Définition. Le temps de demi-réaction $t_{1/2}$ est la durée au bout de laquelle l’avancement atteint la moitié de sa valeur finale. Si $\ce{A}$ est le réactif limitant d’une transformation totale, $[\ce{A}](t_{1/2})=[\ce{A}]_0/2$ .

Figure 1 — Cinétique d’ordre 1 : décroissance exponentielle avec la tangente à l’origine (à gauche) et sa linéarisation $\ln[\ce{A}]=f(t)$ , droite de coefficient directeur $-k$ (à droite).

4Loi de vitesse d’ordre 1

Définition. Une transformation suit une loi de vitesse d’ordre 1 par rapport au réactif $\ce{A}$ lorsque la vitesse volumique de disparition de $\ce{A}$ est proportionnelle à sa concentration : $v=k\,[\ce{A}]$ , où $k$ est la constante de vitesse, en ${\mathrm{s}^{-1}}$ : elle ne dépend pas de $[\ce{A}]$ , mais dépend de la température et de la présence d’un catalyseur.

FormulaireLes trois écritures équivalentes de l’ordre 1

$-\dfrac{\dd[\ce{A}]}{\dd t}=k\,[\ce{A}]$ $\Longleftrightarrow$ $[\ce{A}](t)=[\ce{A}]_0\,\e^{-k t}$ $\Longleftrightarrow$ $\ln[\ce{A}]=\ln[\ce{A}]_0-k\,t$ (droite de coefficient directeur $-k$ ).
Temps de demi-réaction : $t_{1/2}=\dfrac{\ln 2}{k}$ : il est constant, indépendant de $[\ce{A}]_0$ . Au bout de $n\,t_{1/2}$ , il reste $[\ce{A}]_0/2^{\,n}$ .

Méthode — tester un ordre 1. trois méthodes équivalentes : (1) tracer $\ln[\ce{A}]$ en fonction de $t$ et vérifier l’alignement des points ; (2) vérifier que $v$ , lue sur les tangentes, est proportionnelle à $[\ce{A}]$ ; (3) vérifier que $t_{1/2}$ est constant, quelle que soit la date de départ.

5Savoir-faire du chapitre

Savoir-faire

Distinguer transformation lente et rapide ; identifier un facteur cinétique et le rôle d’un catalyseur, en précisant le type de catalyse.
Justifier le choix d’un capteur pour un suivi temporel ; expliquer le rôle d’une trempe.
Déterminer une vitesse volumique de disparition ou d’apparition par le coefficient directeur d’une tangente.
Déterminer graphiquement un temps de demi-réaction.
Tester une loi d’ordre 1 (linéarisation, proportionnalité, $t_{1/2}$ constant) puis exploiter $[\ce{A}](t)=[\ce{A}]_0\e^{-kt}$ et $t_{1/2}=\ln 2/k$ .
Tracer et modéliser un suivi cinétique avec un programme Python.

6Exemples types

Exemplevitesse lue sur une tangente

Sur la courbe $[\ce{A}]=f(t)$ , la tangente à $t=0$ passe par $(0\,;\,{0{,}100})$ et coupe l’axe des abscisses en $t={50\,\mathrm{s}}$ . Son coefficient directeur vaut $\dfrac{0-0{,}100}{50-0}={-2{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}$ , donc $v_0={2{,}0\times10^{-3}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}{\cdot}\mathrm{s}^{-1}}$ .

Exempleexploitation de l’ordre 1

Pour $[\ce{A}]_0={0{,}100\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}$ , la linéarisation donne une droite de coefficient directeur $-k={-2{,}0\times10^{-2}\,\mathrm{s}^{-1}}$ , d’où $k={2{,}0\times10^{-2}\,\mathrm{s}^{-1}}$ et $t_{1/2}=\dfrac{\ln 2}{k}={35\,\mathrm{s}}$ . À $t={60\,\mathrm{s}}$ , $[\ce{A}]=0{,}100\times\e^{-0{,}020\times 60}={3{,}0\times10^{-2}\,\mathrm{mol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}$ . Pour que ${90\%}$ de $\ce{A}$ ait disparu, il faut $t=\dfrac{\ln 10}{k}={1{,}2\times10^{2}\,\mathrm{s}}$ .

Exempletester l’ordre 1 sur un tableau de mesures

Un suivi donne $[\ce{A}]$ en ${\mathrm{mmol}{\cdot}\mathrm{L}^{-1}}$ : $40$ à $t=0$ , $20$ à ${35\,\mathrm{s}}$ , $10$ à ${70\,\mathrm{s}}$ , $5$ à ${105\,\mathrm{s}}$ . La concentration est divisée par $2$ toutes les ${35\,\mathrm{s}}$ : $t_{1/2}$ est constant, la transformation est d’ordre 1, avec $k=\dfrac{\ln 2}{t_{1/2}}={2{,}0\times10^{-2}\,\mathrm{s}^{-1}}$ .

Exemplereconnaître le type de catalyse

Les ions $\ce{Fe^3+}$ dissous accélèrent la décomposition de l’eau oxygénée : catalyse homogène. Le platine du pot catalytique, solide, transforme les gaz $\ce{CO}$ et $\ce{NO}$ : catalyse hétérogène. La catalase, enzyme du sang, décompose $\ce{H2O2}$ : catalyse enzymatique.

Exempleeffet d’un facteur cinétique

Deux béchers contiennent les mêmes quantités de zinc et d’acide chlorhydrique, l’un à ${20{}^{\circ}\mathrm{C}}$ , l’autre à ${40{}^{\circ}\mathrm{C}}$ . Le dégagement de dihydrogène est bien plus rapide à ${40{}^{\circ}\mathrm{C}}$ , mais la quantité finale de gaz formé est la même : la température est un facteur cinétique, elle ne change pas l’état final.

Pièges

Confondre vitesse et avancement : la vitesse est une dérivée, elle diminue alors que l’avancement augmente.
Oublier le signe moins pour un réactif : une vitesse volumique est toujours positive.
Croire qu’un catalyseur augmente le rendement : il ne modifie ni l’état final ni l’avancement maximal.
Affirmer qu’une transformation suit l’ordre 1 sans l’avoir testée : il faut vérifier l’alignement de $\ln[\ce{A}]$ ou la constance de $t_{1/2}$ .
Croire que $t_{1/2}$ est toujours indépendant de $[\ce{A}]_0$ : c’est une propriété caractéristique de l’ordre 1.

← Titrages Mécanismes réactionnels →

Exercices, contrôles et sujets

Les énoncés sont en accès libre, à télécharger en PDF.

Exercices de base

PDF

Les bases : transformations lentes et rapides, facteurs cinétiques, catalyse, vitesse volumique, temps de demi-réaction, loi d’ordre 1

8 exercicesniveau Difficulté 1 sur 3durée conseillée : 1 h 30calculatrice autorisée

Lente, rapide, ou trop lente pour être vue ?Difficulté 1 sur 3
Les facteurs cinétiques au laboratoireDifficulté 1 sur 3
Quatre façons d’accélérer la même transformationDifficulté 1 sur 3
Choisir le bon capteurDifficulté 1 sur 3
Calculer une vitesse volumiqueDifficulté 1 sur 3
Lire une vitesse sur une tangenteDifficulté 2 sur 3
Tester une loi d’ordre 1Difficulté 2 sur 3
Exploiter la loi d’ordre 1Difficulté 2 sur 3

Exercices d'application

PDF

Application : suivis spectrophotométrique et manométrique, influence de la température, catalyse, exploitation Python

6 exercicesniveau Difficulté 2 sur 3durée conseillée : 1 h 45calculatrice autorisée

La décoloration du cristal violetDifficulté 2 sur 3
Un comprimé effervescent suivi par la pressionDifficulté 2 sur 3
Sucre et températureDifficulté 2 sur 3
Python : calculer des vitesses et tester l’ordre 1Difficulté 2 sur 3
Trois catalyseurs pour la même réactionDifficulté 2 sur 3
La vitamine C d’un jus de fruitDifficulté 2 sur 3

Contrôle A

PDF

Facteurs cinétiques, catalyse, vitesse volumique, temps de demi-réaction, loi d’ordre 1

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

Questions de cours5 ptsDifficulté 1 sur 3
Du dihydrogène à la seringue6 ptsDifficulté 2 sur 3
Accélérer la décomposition de l’eau oxygénée4 ptsDifficulté 2 sur 3
Une dégradation d’ordre 15 ptsDifficulté 2 sur 3

Contrôle B

PDF

Suivi conductimétrique, loi d’ordre 1, exploitation d’un programme Python, résolution de problème

Durée : 1 hcalculatrice autorisée4 exercices indépendantsbarème sur 20

Cours et automatismes4 ptsDifficulté 2 sur 3
Préparer une séance de travaux pratiques4 ptsDifficulté 3 sur 3
Une hydrolyse suivie par conductimétrie6 ptsDifficulté 2 sur 3
Un antibiotique en solution6 ptsDifficulté 3 sur 3

Approfondissement

PDF

Démonstrations exigibles, tests d’ordre, loi d’Arrhenius, catalyse enzymatique, trempe et titrage, problème ouvert

6 exercicesniveau Difficulté 3 sur 3durée conseillée : 2 hcalculatrice autorisée

Tout ce que dit la loi d’ordre 1Difficulté 3 sur 3
Deux cinétiques, trois testsDifficulté 3 sur 3
La loi d’ArrheniusDifficulté 3 sur 3
Problème ouvert : la date de péremption d’un collyreDifficulté 3 sur 3
La catalase, un catalyseur qui satureDifficulté 3 sur 3
Trempe et titrageDifficulté 3 sur 3

Sujet type bac

PDF

Deux exercices indépendants : le titre d’un flacon d’eau oxygénée, l’attaque du marbre par un acide

Durée : 1 h 30calculatrice autorisée2 exercices indépendantsbarème sur 20

Que reste-t-il dans le flacon d’eau oxygénée ?12 ptsDifficulté 3 sur 3
Le marbre et le détartrant8 ptsDifficulté 3 sur 3