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TP Chimie 1 Etude cinétique d"une transformation par une méthode chimique TS

Correction

Principe de la manipulation

Couple H2O2/H2O : H2O2 + 2 H+ + 2e- = 2H2O

Couple I

2/I- : I2 + 2 e- = 2I-

On obtient donc l"équation (1) : H

2O2(aq) + 2 I-(aq) + 2 H+(aq) ® I2(aq) + 2 H2O(l)

-> La formation de I2 s"observe simplement à l"œil nu par l"apparition d"une coloration jaune puis brune.

Couple I

2/I- : I2 + 2 e- = 2I-

Couple S

4O62-/S2O32- S4O62- + 2e- = 2 S2O32-

On obtient donc l"équation (2) : I

2(aq) + 2 S2O32-(aq) ® 2 I -(aq) + S4O62-(aq)

-> Cette transformation étant celle d"un titrage, il s"agit d"une transformation rapide (ou instantanée).

-> L"équivalence est définie comme l"instant où l"on change de réactif limitant. Expérimentalement, la couleur du

diiode (plutôt violet foncé avec l"empois d"amidon) disparaît.

Exploitation des résultats

t [min] 1 3 5 8 12 15 20 25 35 50 VbE [mL] 2,5 6,0 8,8 11,9 15,2 16.7 18,5 19,1 19,4 19,7 x [μmol] 3,1 7,5 11,0 14,8 19,0 20,9 23,1 23,9 24,3 24,6

1. D"après l"équation (1), on voit qu"il est nécessaire de disposer d"ions H

+(aq) dans les réactifs pour que cette réaction se produise : ces ions viennent de l"acide sulfurique (2H +, SO42-)(aq)

2. On effectue ainsi une trempe

: on refroidit brusquement le prélèvement (et on dilue), ce qui a pour effet de stopper la réaction chimique en cours. 3. en mol

état du syst. avancement H2O2(aq) + 2 I-(aq) + 2 H+(aq) ® I2(aq) + 2 H2O(l)

E.I. 0 n (H2O2)i n (I-)i excès 0 excès

en cours x n (H2O2)I - x n (I-)I - 2x excès x excès E.F. xmax n (H2O2)i - xmax n (I-)i - 2xmax excès xmax excès

4. A chaque date t (t1, t2, ...), on a : x = n (I2) .

5.

6. A l"équivalence :

= 0 => x"E = n (I2)t = 0 => x"E = n(S2O32-)eq / 2 donc n (I

2)t = n(S2O32-)eq / 2

7. soit 2

.rErVCx= tableau : voir au début

8. Courbe : voir page suivante 9. Au cours du temps, la vitesse de réaction diminue car la pente de la tangente à la courbe diminue. Elle devient nulle en fin de réaction : en effet, la concentration des réactifs diminue au cours du temps jusqu"à s"annuler.

10. Calcul des quantités initiales :

Ions iodures : n(I

-)i = cV = 0,20 ´0,050 = 10 mmol

Eau oxygénée : n(H

2O2)i = c"V" = 0,010 ´0,050 = 0,5 mmol

en mol

état du syst. avancement I2(aq) + 2 S2O32-(aq) ® 2 I -(aq) + S4O62-(aq)

E.I. 0 n (I2)t n(S2O32-)eq 0 0

en cours x" n (I2)t - x" n(S2O32-)eq - 2x" # #

E.F. x"E n (I2)t - x"E

= 0 n(S2O32-)eq - 2 x"E = 0 # # n (I2)t - x"E n(S2O32-)eq - 2 x"E Pour trouver le réactif limitant, 2 méthodes :

D"après les nombres stœchiométriques, la réaction nécessite 2 fois plus de I - que de H2O2 donc 0,5 mmol de

H

2O2 réagit avec 1 mmol de I - donc l"eau oxygénée est le réactif limitant.

Supposons que I- soit le réactif limitant : alors à l"E.F. , n (I-)i - 2xmax = 0 et xmax = 5 mmol ; il reste alors n (H2O2)i

- xmax = 0,5 - 5 = - 4,5 mmol de H2O2 : IMPOSSIBLE car < 0, donc l"eau oxygénée est le réactif limitant.

11. On en déduit : xmax= 0,5 mmol = 500 μmol, donc xmax/2 = 250 μmol.

Sur le graphe, il faut repérer

x =105

0,5250´ ≈ 11,9 μmol puisque l"on prélève 5,0 mL sur les 105 mL initialement

présents. On repère sur le graphe le temps pour lequel x ≈ 11,9 μmol. On trouve τ 1/2 ≈ 6 minutes.

Remarque :

Graphiquement, on ne remarque pas que

xmax = 23,8 μmol (valeur trouvée théoriquement plus haut). En effet, on a plutôt l"impression que xmax = 25 μmol. Ceci est certainement dû au fait que le volume total de la solution change au cours de la transformation (à cause des prélèvements successifs) et donc que la valeur de xmax = 23,8 μmol calculée pour un volume constant de 105 mL est sûrement fausse.

Pour les plus rapides :

- Déterminer la vitesse de réaction aux 3 dates t = 0 , 20 et 50 min en supposant que le volume global de la

solution n"a pas varié (donc de volume initial V = 105 mL). - Comment évolue cette vitesse au cours du temps ? xmax/2quotesdbs_dbs6.pdfusesText_12

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