Terminale · spécialité physique-chimie

Cinétique chimique, devoir type bac : la catalase

Niveau 4 : un vrai sujet de devoir, avec ses documents, son barème et son chronomètre. Traite-le comme un DS, puis compare avec la correction, question par question.

9questions en 4 parties
10points, en 40 minutes
4schémas dans la correction

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Ce devoir type bac de cinétique chimique se traite en 40 minutes, sur 10 points. On y suit la décomposition de l'eau oxygénée catalysée par la catalase. Ses 9 questions sont les classiques du bac : temps de demi-réaction, vitesses moyennes, tangente, loi d'ordre 1 et calcul de k, effet de la température sur une enzyme et demi-vie d'un médicament.

Durée40 min
Barème10 points
Calculatriceautorisée

Chronomètre40:00

Mode d'emploi : lis les trois documents, traite les questions sur une feuille, sans regarder les corrections. Un indice est disponible sur certaines questions. Quand tu as fini (ou que le temps est écoulé), ouvre les corrections une par une.

La catalase et l'eau oxygénée

Document 1 · L'eau oxygénée sur une plaie

Sur une plaie, l'eau oxygénée (solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H₂O₂) mousse. Ce n'est pas l'eau oxygénée qui « nettoie en moussant » : c'est une enzyme présente dans le sang et dans les tissus, la catalase, qui décompose très rapidement le peroxyde d'hydrogène en eau et en dioxygène gazeux. Dans un flacon fermé, sans catalase, la même solution se conserve plusieurs mois.

2 H₂O₂ (aq) → 2 H₂O (ℓ) + O₂ (g)

Document 2 · Le suivi au laboratoire

On étudie au laboratoire, à 25 °C, la décomposition d'une solution de peroxyde d'hydrogène de concentration initiale [H₂O₂]₀ = 0,100 mol·L⁻¹, à laquelle on ajoute à t = 0 quelques gouttes d'une solution de catalase. À intervalles réguliers, on prélève un petit volume du mélange, on le verse dans de l'eau glacée, puis on détermine la concentration restante en H₂O₂ par titrage. La transformation est totale.

t (min)	0	2	4	6	8	10	15	20
[H₂O₂] (mol·L⁻¹)	0,100	0,074	0,055	0,041	0,030	0,022	0,011	0,0050

Document 3 · La courbe [H₂O₂] = f(t)

Tracée à partir des mesures du document 2. Tu peux l'imprimer ou la recopier pour tracer les tangentes.

Donnée : ln 2 ≈ 0,693.

Partie A · Une catalyse enzymatique 1,5 pts

La catalase est-elle un catalyseur homogène, hétérogène ou enzymatique ? Rappeler les deux propriétés d’un catalyseur.

1 pt

Décrypter la consigne

Une question de cours en deux morceaux : un mot (le type de catalyse), puis deux propriétés. Le mot « rappeler » signale qu’on attend la définition, pas un raisonnement.

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

La catalase est une enzyme : il s’agit d’une catalyse enzymatique.

Un catalyseur accélère une transformation et n’est pas consommé : il est régénéré à la fin du mécanisme. Il ne modifie pas l’état final du système.

Pour vraiment comprendre

« Homogène » et « hétérogène » parlent de la phase du catalyseur (même phase que les réactifs ou non). « Enzymatique » parle de sa nature : une protéine du vivant. Pour une enzyme, c’est ce dernier mot qu’on attend.

Le document 1 te donne déjà la preuve des deux propriétés : avec la catalase, la décomposition se fait en quelques minutes au laboratoire (en quelques secondes sur une plaie) au lieu de plusieurs mois (elle accélère) ; et les produits sont les mêmes, de l’eau et du dioxygène (l’état final ne change pas).

Ce que le correcteur attend

« Enzymatique », puis les deux propriétés : accélère la transformation, n’est pas consommé (régénéré).

Le piège

Écrire « hétérogène » parce que l’enzyme est une grosse molécule : la catalase est dissoute dans la solution. On attend « enzymatique ».

Justifier, à l’aide des documents, que la transformation étudiée au laboratoire est lente. Expliquer le rôle de l’eau glacée dans le protocole.

0,5 pt

Décrypter la consigne

« À l’aide des documents » : il faut citer une donnée (une durée). Puis reconnaître une technique de laboratoire classique dans le protocole.

Un indice ?

Regarde sur combien de minutes s’étalent les mesures du tableau. Et pense au chapitre : comment fige-t-on une réaction ?

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

Les mesures du tableau montrent que [H₂O₂] diminue progressivement pendant plus de 20 minutes : la transformation est lente (on peut suivre son évolution).

Verser le prélèvement dans l’eau glacée réalise une trempe : le refroidissement brutal et la dilution ralentissent fortement la réaction. La composition du prélèvement est ainsi « figée » le temps du titrage.

Pour vraiment comprendre

Une transformation est dite lente dès qu’on peut suivre son évolution à l’échelle humaine : quelques secondes suffisent. Ici, plus de 20 minutes : aucun doute.

La trempe utilise les deux facteurs cinétiques du programme en même temps : la température (eau glacée) et la concentration (dilution dans l’eau). Sans elle, la réaction continuerait pendant le titrage, et on mesurerait une concentration trop faible.

Ce que le correcteur attend

Une durée tirée du tableau ; le mot « trempe » avec les deux effets (refroidir, diluer) et leur but (figer la composition).

Partie B · Exploiter le suivi 4 pts

À l’aide du document 3, déterminer graphiquement le temps de demi-réaction t½.

1 pt

Décrypter la consigne

Définition de t½, puis lecture sur la courbe. La phrase « la transformation est totale » du document 2 sert ici.

Un indice ?

Transformation totale : que vaut [H₂O₂] à la fin ? Et à t½ ?

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

La transformation est totale : à l’état final, tout le peroxyde d’hydrogène a réagi. À t½, l’avancement vaut la moitié de sa valeur finale : il reste la moitié de H₂O₂, soit [H₂O₂] = 0,100 / 2 = 0,050 mol·L⁻¹.

Sur le document 3, cette concentration est atteinte pour t½ ≈ 4,6 min.

Pour vraiment comprendre

La lecture en trois gestes : valeur de départ (0,100) → sa moitié (0,050) → trait horizontal jusqu’à la courbe, puis vertical jusqu’à l’axe des temps.

Le tableau confirme la lecture : 0,050 se situe entre 0,055 (t = 4 min) et 0,041 (t = 6 min), plus près de 4 min.

Ce que le correcteur attend

La justification de 0,050 mol·L⁻¹ (transformation totale), la lecture graphique visible, la valeur avec son unité.

Le piège

Répondre 10 min (la moitié de la durée des mesures) : t½ n’a rien à voir avec la durée de l’expérience.

Calculer la vitesse volumique moyenne de disparition de H₂O₂ entre 0 et 4 min, puis entre 10 et 15 min. Interpréter l’évolution observée.

1,5 pts

Décrypter la consigne

« Vitesse moyenne » : un calcul avec deux valeurs du tableau (pas de tangente). « Interpréter » : expliquer pourquoi elle change, avec un facteur cinétique.

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

Entre 0 et 4 min : v = − Δ[H₂O₂] / Δt = (0,100 − 0,055) / 4 ≈ 1,1 × 10⁻² mol·L⁻¹·min⁻¹.

Entre 10 et 15 min : v = (0,022 − 0,011) / 5 ≈ 2,2 × 10⁻³ mol·L⁻¹·min⁻¹.

La vitesse est environ cinq fois plus faible : la concentration du réactif H₂O₂, facteur cinétique, diminue au cours du temps, donc la transformation ralentit.

Pour vraiment comprendre

Une vitesse moyenne, c’est la pente de la corde qui relie deux points de la courbe (en valeur absolue pour un réactif). Sur le schéma, la deuxième corde est bien moins inclinée que la première : c’est le ralentissement, visible à l’œil.

Le signe « − » devant Δ[H₂O₂] vient de la définition : [H₂O₂] diminue, et une vitesse est toujours positive.

Ce que le correcteur attend

Deux calculs posés avec l’unité, et une interprétation qui cite la diminution de la concentration du réactif.

Le piège

Diviser une concentration par une date (0,055 / 4) au lieu d’une variation par une durée : une vitesse moyenne se calcule toujours avec des Δ.

Déterminer graphiquement la vitesse volumique de disparition de H₂O₂ à la date t = 0. La comparer à la vitesse moyenne entre 0 et 4 min.

1,5 pts

Décrypter la consigne

« À la date t = 0 » : vitesse instantanée, donc tangente, ici à l’origine de la courbe. Puis une comparaison à justifier.

Un indice ?

Trace la tangente au premier point de la courbe et regarde où elle coupe l’axe des temps.

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

On trace la tangente à la courbe au point (0 ; 0,100). Elle coupe l’axe des temps en t ≈ 6,7 min.

Son coefficient directeur vaut (0 − 0,100) / (6,7 − 0) ≈ − 1,5 × 10⁻² mol·L⁻¹·min⁻¹, donc v(0) ≈ 1,5 × 10⁻² mol·L⁻¹·min⁻¹.

Elle est plus grande que la vitesse moyenne entre 0 et 4 min (1,1 × 10⁻²) : c’est cohérent, puisque la vitesse diminue au cours du temps ; la moyenne sur l’intervalle est inférieure à la vitesse du début.

Pour vraiment comprendre

La vitesse instantanée est la pente de la tangente ; la vitesse moyenne est la pente de la corde. Quand une courbe descend en s’arrondissant, la tangente au départ est plus raide que la corde : c’est exactement ce que tu observes.

Vérification avec la loi d’ordre 1 (partie C) : v(0) = k·[H₂O₂]₀ = 0,15 × 0,100 = 1,5 × 10⁻² mol·L⁻¹·min⁻¹. Même valeur.

Ce que le correcteur attend

La tangente tracée, le calcul de sa pente, la valeur positive avec l’unité, une comparaison argumentée.

Le piège

Calculer la pente entre les deux premiers points du tableau : c’est encore une vitesse moyenne, pas la vitesse à t = 0.

Partie C · Modéliser 2,5 pts

Montrer que les résultats sont compatibles avec une loi de vitesse d’ordre 1 par rapport à H₂O₂, puis en déduire la constante de vitesse k.

2 pts

Décrypter la consigne

Il faut choisir une méthode de vérification de l’ordre 1. La plus sûre avec un tableau de mesures : calculer ln[H₂O₂] et vérifier que ces valeurs varient linéairement avec le temps.

Un indice ?

Complète le tableau avec une ligne ln[H₂O₂], puis regarde si ln[H₂O₂] diminue toujours de la même quantité pour une même durée.

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

Pour une loi d’ordre 1, [H₂O₂](t) = [H₂O₂]₀·e^−k·t, donc ln[H₂O₂] = ln[H₂O₂]₀ − k·t : ln[H₂O₂] doit être une fonction affine du temps.

Valeurs : t = 0 : − 2,30 ; 2 : − 2,60 ; 4 : − 2,90 ; 6 : − 3,19 ; 8 : − 3,51 ; 10 : − 3,82 ; 15 : − 4,51 ; 20 : − 5,30. Les points (t ; ln[H₂O₂]) sont alignés : les résultats sont compatibles avec un ordre 1.

Le coefficient directeur vaut (− 5,30 − (− 2,30)) / (20 − 0) ≈ − 0,15 min⁻¹, donc k ≈ 0,15 min⁻¹.

Pour vraiment comprendre

Regarde la ligne des ln : toutes les 2 minutes, elle baisse d’environ 0,30. Une baisse constante pour une même durée, c’est la définition d’une droite. Pas besoin de logiciel pour le voir.

Pourquoi le logarithme : l’exponentielle « courbe » les données ; le ln les « redresse ». C’est l’outil universel pour reconnaître une décroissance exponentielle, en chimie comme en pharmacologie ou en physique nucléaire.

Le graphique ci-dessous est celui que tu devais construire : il n’était pas dans l’énoncé, c’est le cœur de la question.

Ce que le correcteur attend

L’expression de ln[H₂O₂](t), les valeurs calculées (ou le graphique), la conclusion « points alignés », le calcul de k avec son unité.

Le piège

Tracer [H₂O₂] = f(t) et conclure « c’est une exponentielle » à l’œil : ce n’est pas une preuve. Seule la droite ln[H₂O₂] = f(t) en est une.

Vérifier la cohérence de la valeur de k avec le temps de demi-réaction déterminé à la question Q3.

0,5 pt

Décrypter la consigne

Utiliser la relation entre k et t½ pour un ordre 1, puis comparer avec Q3.

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

Pour un ordre 1, t½ = ln 2 / k = 0,693 / 0,15 ≈ 4,6 min.

C’est la valeur lue graphiquement à la question Q3 : les deux résultats sont cohérents.

Pour vraiment comprendre

Deux méthodes indépendantes (une lecture sur la courbe, un calcul à partir de la droite des ln) donnent le même t½ : c’est une confirmation forte de l’ordre 1.

Ce que le correcteur attend

La relation t½ = ln 2 / k, le calcul et la comparaison explicite avec Q3.

Partie D · Température et santé 2 pts

On refait l’expérience à 60 °C : la décomposition est presque arrêtée. Proposer une explication, sachant qu’en général la température accélère les réactions.

1 pt

Décrypter la consigne

Un résultat qui semble contredire le cours : on attend que tu repères ce qui est particulier ici (la nature du catalyseur).

Un indice ?

De quoi est faite une enzyme ? Que fait la chaleur à un œuf ?

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

En général, une température plus élevée accélère une transformation. Mais la catalase est une enzyme, donc une protéine : au-delà d’une certaine température, elle se dénature. Son site actif perd sa forme et ne peut plus fixer H₂O₂.

Sans catalyseur actif, la décomposition redevient très lente, comme dans le flacon.

Pour vraiment comprendre

C’est la même chose que le blanc d’œuf qui cuit : les protéines changent de forme à la chaleur, et ce changement est irréversible. Une enzyme dont la forme est perdue ne reconnaît plus son substrat (le modèle clé-serrure ne fonctionne plus).

Deux effets s’opposent donc : la chaleur accélère les chocs, mais détruit le catalyseur. Pour une enzyme humaine, l’activité est en général maximale vers la température du corps.

Ce que le correcteur attend

Le mot « dénaturation » relié à la nature protéique de l’enzyme et à la perte du site actif ; la conclusion : la réaction n’est plus catalysée.

Un médicament est éliminé du sang selon une loi d’ordre 1, avec une demi-vie de 4 h. Après une prise, sa concentration vaut 8,0 mg·L⁻¹. Quelle est sa concentration 12 h plus tard ? Combien de temps faut-il pour qu’il en reste environ 3 % ?

1 pt

Décrypter la consigne

Même mathématique que H₂O₂, autre contexte. Compte les demi-vies plutôt que d’utiliser l’exponentielle : c’est plus rapide et moins risqué.

J'ai cherché : voir la correction

Sur ta copie

12 h = 3 demi-vies. La concentration est divisée par 2 trois fois : 8,0 → 4,0 → 2,0 → 1,0 mg·L⁻¹.

Il reste environ 3 % après 5 demi-vies (1 / 2⁵ = 1/32 ≈ 3 %), soit 5 × 4 = 20 h.

Pour vraiment comprendre

C’est la pharmacocinétique, au programme de première année de santé : la demi-vie d’un médicament fixe l’intervalle entre deux prises et le temps qu’il met à être éliminé.

Vérification par le calcul : k = ln 2 / 4 ≈ 0,173 h⁻¹, et 8,0 × e^{−0,173 × 12} ≈ 1,0 mg·L⁻¹. Même résultat.

Ce que le correcteur attend

Le nombre de demi-vies, le résultat avec l’unité, puis 5 demi-vies = 20 h.

Le piège

Répondre 0 mg·L⁻¹ à 8 h ou 12 h : une décroissance exponentielle n’atteint jamais zéro, elle divise par deux à chaque demi-vie.

Et maintenant, un vrai sujet

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Questions fréquentes

Comment déterminer k à partir de mesures de concentration ?

On calcule ln[A] pour chaque mesure et on trace ln[A] en fonction du temps. Si les points sont alignés, la réaction est d'ordre 1 et la pente de la droite vaut − k. On vérifie avec t½ = ln 2 / k.

Pourquoi l'eau oxygénée mousse-t-elle sur une plaie ?

Le sang et les tissus contiennent une enzyme, la catalase, qui catalyse la décomposition du peroxyde d'hydrogène : 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂. La mousse, ce sont les bulles de dioxygène. Sans catalase, dans un flacon fermé, la même solution se conserve plusieurs mois.

Pourquoi une enzyme ne catalyse-t-elle plus à haute température ?

Une enzyme est une protéine. Au-delà d'une certaine température, elle se dénature : son site actif perd sa forme et ne fixe plus son substrat. La chaleur accélère les chocs, mais détruit le catalyseur : la réaction redevient lente.

À quoi sert l'eau glacée dans un suivi cinétique par titrage ?

Verser le prélèvement dans l'eau glacée réalise une trempe : le refroidissement et la dilution ralentissent fortement la réaction. La composition du prélèvement reste celle de l'instant du prélèvement pendant le titrage.

Comment calculer la concentration d'un médicament après plusieurs demi-vies ?

Pour une élimination d'ordre 1, on compte les demi-vies : la concentration est divisée par 2 à chacune. Avec une demi-vie de 4 h, 8,0 mg/L deviennent 1,0 mg/L au bout de 12 h (3 demi-vies). Après 5 demi-vies, il en reste environ 3 %.

Quelle différence entre vitesse moyenne et vitesse instantanée ?

La vitesse moyenne se calcule entre deux dates : c'est la pente de la corde entre deux points de la courbe. La vitesse instantanée est la pente de la tangente à la courbe à une date donnée.

Vérifié le 26 octobre 2026 par Arthur Mercader, étudiant en 6ème année de médecine

Programme officiel de physique-chimie de Terminale, spécialité (BO spécial n° 8 du 25 juillet 2019), partie « Modéliser l'évolution temporelle d'un système, siège d'une transformation ». Cours, animations et exercices rédigés par LPS et l'Académie 2A. L'Académie 2A édite LPS.