Au programme de ce chapitre
- I. Qu'est-ce qu'un catalyseur ?
- II. Des catalyseurs autour de nous
- III. Prouver qu'une substance est un catalyseur
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Un catalyseur est une substance qui augmente la vitesse d'une réaction sans être consommée : on la retrouve intacte, en même quantité, à la fin de la réaction. C'est pourquoi on ne l'écrit pas parmi les réactifs, mais au-dessus de la flèche.
Exemple : 2 H2O2 → 2 H2O + O2 (catalyseur : dioxyde de manganèse MnO2).
Exemple : 2 H2O2 → 2 H2O + O2 (catalyseur : dioxyde de manganèse MnO2).
Un exemple corrigé
Exemple
- Pot catalytique : dans le tuyau d'échappement, une fine couche de platine, de palladium et de rhodium transforme le monoxyde de carbone, les oxydes d'azote et les hydrocarbures imbrulés en CO2, N2 et H2O.
- Catalase : verse de l'eau oxygénée sur une rondelle de pomme de terre crue ou sur une plaie : la mousse est due au dioxygène libéré, très rapidement, grâce à cette enzyme.
- Brasserie : les enzymes du malt transforment l'amidon en sucres, que les levures fermentent ensuite en alcool et en CO2.
Lexique
- catalyseur
- substance qui accélère une réaction sans être consommée
- enzyme
- catalyseur biologique, de nature protéique
- inhibiteur
- substance qui ralentit une réaction
- catalyse hétérogène
- catalyse par un solide, les réactifs étant liquides ou gazeux
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — écrire le catalyseur parmi les réactifs. Un catalyseur n'entre pas dans le bilan. Si tu le mets avec les réactifs, ton équation n'est plus équilibrée ou fait croire qu'il disparait. Note-le au-dessus de la flèche.
Piège — croire qu'un catalyseur donne plus de produit. Un catalyseur accélère la réaction mais ne change pas les quantités finales : celles-ci dépendent du réactif limitant. Il fait gagner du temps, pas de la matière.
Attention Un catalyseur n'est pas un réactif « qui aide » : s'il était consommé, ce serait un réactif. Une petite quantité suffit, et elle peut servir indéfiniment… en théorie. En pratique, un catalyseur peut s'empoisonner : le plomb de l'ancienne essence rendait les pots catalytiques inutilisables, c'est une des raisons de l'essence sans plomb.
L'astuce du prof
Astuce. Pour prouver qu'une substance est un catalyseur, pose-toi trois questions : accélère-t-elle la réaction ? la retrouve-t-on intacte (même masse) à la fin ? obtient-on les mêmes quantités finales ? Trois « oui » : c'est un catalyseur.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — L'eau oxygénée et le dioxyde de manganèse
La décomposition de l'eau oxygénée s'écrit H2O2 → H2O + O2 (avec MnO2 au-dessus de la flèche). Pondère-la. Pourquoi MnO2 n'apparait-il pas dans le bilan ?
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Il faut 2 H2O2 pour avoir 2 atomes d'oxygène dans O2 : 2 H2O2 → 2 H2O + O2 (4 H et 4 O de chaque côté). Le dioxyde de manganèse est un catalyseur : il accélère la réaction sans être consommé, donc il ne figure ni parmi les réactifs ni parmi les produits.
Exercice 2 — Le volume de dioxygène
On décompose complètement 3,4 g d'eau oxygénée pure H2O2 (H = 1 ; O = 16) selon 2 H2O2 → 2 H2O + O2. Quel volume de dioxygène se dégage à 20 °C (Vm = 24 L/mol) ? Cela change-t-il si on ajoute plus de catalyseur ?
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Avec M(H2O2) = 34 g/mol, n = 3,4 / 34 = 0,10 mol. Les coefficients donnent 1 O2 pour 2 H2O2 : n(O2) = 0,050 mol, soit V = 0,050 × 24 = 1,2 L. Plus de catalyseur ne change pas ce volume : il accélère la décomposition, mais la quantité de réactif reste la même.