Chimie
CHIMIE : SÉANCE D’APPRENTISSAGE
Niveau :Terminale SV ou SG
Titre de la leçon: Étude cinétique de la réduction de l’eau oxygénée par l’ion iodure en milieu acide
( TP Laboratoire)
Durée: deux périodes.
Objectifs
- Connaître les précautions à prendre pour la manipulation des produits dangereux concentrés (lire les étiquettes).
- Savoir réaliser un dosage colorimétrique à la goutte près.
- Représenter une courbe cinétique.
- Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction.
- Déterminer graphiquement la vitesse de formation d’un produit.
Principe de l’expérience :
La réduction de l’eau oxygénée par l’ion iodure en milieu acide est une réaction lente, ce qui permet de l’étudier en dosant à des intervalles de temps différents le di-iode obtenu par une solution de thiosulfate de sodium de concentration connue. Le volume de la solution de thiosulfate versé à l’équivalence permet de calculer la quantité de matière de di-iode formé à chaque instant. L'équation de la réaction étudiée s'écrit:
H202 (aq) + 2 I-(aq) + 2 H+ (aq) I2 (aq) + 2H2O(l)
Le di-iode I2 (aq) produit est titré par les ions thiosulfate selon la réaction:
I2(aq) + 2S2032-(aq) 2 I-(aq) + S4062-(aq)
Matériel et produits chimiques:
- Un bécher de 250mL.
- Dix béchers de 100mL.
- Une burette de 25mL.
- Une fiole jaugée de 50mL.
- Une pipette jaugée de 10mL.
- Une pipette jaugée de 2mL.
- Un pipeteur.
- Un agitateur magnétique.
- Une paire de gants et des lunettes de protection.
- De l’eau distillée et de la glace.
- Une solution d'eau oxygénée à 0,5 volume environ (à titrer par le professeur).
- Une solution d’iodure de potassium de concentration 0,10mol.L-1.
- Une solution de thiosulfate de sodium de concentration molaire C=0,10mol.L-1.
- De l’empois d'amidon (ou solution de thiodène ou " iodex ").
- De l’acide sulfurique de concentration molaire 3,0mol.L-1.
Déroulment:
- Avant de manipuler, écouter avec attention les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur.
- Dans un bécher de 250mL, introduire 50mL de la solution d'eau oxygénée (mesurés avec une fiole jaugée de 50 mL).
- Acidifier en ajoutant 2,0mL d’acide sulfurique de concentration molaire 3,0mol.L-1 (utiliser une pipette jaugée munie d'un pipeteur et prendre les précautions relatives aux acides concentrés).
- Ajouter une spatule d’iodex.
- Dans une fiole jaugée de 50mL, mesurer 50mL de la solution d'iodure de potassium.
- Ajouter cette solution à la solution d’eau oxygénée et déclencher le chronomètre au moment du mélange. Homogénéiser.
- Répartir le mélange, à l'aide d'une pipette jaugée munie d'un pipeteur, entre dix béchers à raison de 10mL par bécher.
- A la date t1=2minutes, ajouter dans l'un des béchers environ 50mL d'eau glacée (ou placer le bécher dans l'eau glacée). Effectuer le titrage par la solution de thiosulfate de sodium.
- Recommencer les mêmes opérations aux différentes dates indiquées dans le tableau ci-dessous. Compléter ce tableau en indiquant les volumes équivalents Véq pour chaque titrage.
Exploitation
- Exprimer x, la quantité de matière de diiode n (I2 (aq)) en fonction de Véq et de la concentration molaire C de la solution de thiosulfate de sodium.
- Compléter le tableau ci-dessus en ajoutant x = n (I2 (aq)) formé à chaque date t dans les 100mL de mélange réactionnel (on néglige les 2mL d’acide sulfurique versé pour rendre le milieu acide).
- Tracer la représentation graphique x =f(t).
- Définir le temps de demi-réaction t1/2 et le déterminer graphiquement.
- Déterminer graphiquement la vitesse de formation de diiode aux dates t=0 et t=30minutes. Comment évolue cette vitesse? Justifier.
Correction
- Dans un bécher de 250mL, on introduit 50mL de la solution d'eau oxygénée. Muni de gants et de lunettes, on acidifie le milieu en ajoutant 2,0mL d’acide sulfurique.
- On ajoute ensuite une spatule d’iodex.
- Dans une fiole jaugée de 50mL, on mesure 50mL de la solution d'iodure de potassium que l'on ajoute à la solution d’eau oxygénée. On déclenche le chronomètre au moment du mélange.
- Le mélange est ensuite réparti entre dix béchers, à raison de 10mL par bécher
- Aux dates indiquées dans le tableau ci-dessous, on effectue le titrage de chaque bécher par la solution de thiosulfate de sodium (on travaille dans l'eau glacée de façon à stopper la réaction). Les résultats obtenus sont les suivants:
Remarque
Il est possible, à l'aide d'un dosage qui n'est pas présenté ici, de titrer avec précision la solution d'eau oxygénée (à l'aide d'une solution de permanganate de potassium en milieu acide par exemple).
Exploitation
Expression de n(I2)
A l'équivalence: x = n(I2) bécher = n (S2032-) versé/2 = C.Véq/2
Le calcul précédent permet de déterminer la quantité de di-iode contenue dans un bécher à l'instant t. Le milieu réactionnel étant réparti en 10 béchers, on peut écrire:
x= n(I2)=10.C.Véq
2
Les valeurs de n(I2) à chaque instant t sont données dans le tableau ci-dessous.
Représentation graphique n(I2)=f(t)
Temps de demi-réaction
Le temps de demi-réaction est le temps au bout duquel la quantité de matière de di-iode formé est égale à la moitié de la quantité de matière de di-iode formé à la fin de la réaction:
n(I2)t1/2 =2,70.10-3= 1,35.10-3mo
2
On lit graphiquement le temps de demi-réaction: t1/2=10minutes.
Vitesse de formation de diiode aux dates t=0 et t=30minutes
La vitesse de formation de di-iode peut être évaluée en traçant la tangente à la courbe x=f(t) aux dates t = 0 et t = 30minutes:
V0 = dx/dt = coefficient directeur de la tangente = 3,0.10-3 – 0/8,8 – 0 => V0 = 3,41.10-4 mol.min-1
V30 = dx/dt = coefficient directeur de la tangente =
2,75.10-3 - 2,50.10-3/41,2 - 23,0 = 1,37.10-5 mol.min-1
La vitesse de formation de di-iode diminue au cours du temps: V0>V30. La concentration des réactifs est un facteur cinétique: au cours de la réaction, la quantité de réactifs diminue, ce qui explique le fait que la vitesse de réaction diminue lorsque la transformation progresse.
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