Bac Blanc :

Exercice III

Oxydation des ions iodure

et pH d'une solution

Correction

Enoncé :

 

 

 

I- Oxydation des ions iodure et pH d’une solution. (6 pts)

1)- Oxydation des ions iodure par les ions peroxodisulfate (2,5 pts).

 

La réaction entre les ions iodure I (aq) et les ions peroxodisulfate S2O82 (aq)

est une réaction lente dont l’équation s’écrit :        

S2O82 (aq)   +   2 I (aq)      I2 (aq)   + 2 SO42 (aq)

Les ions sont incolores et I2 (aq)  a une teinte jaune – orangé en milieu aqueux.

a)-   Proposer une méthode chimique et une méthode physique permettant de

suivre l’évolution de cette réaction au cours du temps.

-  méthode chimique et une méthode physique

-  Méthode chimique : on dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de

sodium.

-  Pour arrêter la réaction à une date donnée, on réalise la trempe.

-  Méthode physique :

On utilise un spectrophotomètre pour suivre l’évolution de la réaction.

-  On mesure l’absorbance du mélange réactionnel en fonction du temps.

-  La loi de Beer-Lambert permet de connaître les variations de la concentration en

diiode au cours du temps.

Lors d’une étude cinétique, on a déterminé, à différents instants, la concentration

en diiode [ I2 ] du mélange réactionnel.

Les résultats sont rassemblés dans le tableau suivant.

t (s)

0

10

20

30

50

70

80

100

120

[ I2 ]

mmol / L

0

1,8

3,3

4,5

6,0

6,9

7,2

7,5

7,7

b)-   Tracer la courbe représentative de l’évolution de la concentration en diiode

[I2] du mélange réactionnel en fonction du temps.

-  Courbe [I2] = f (t).

Échelles : 1 cm 10 s et 2 cm 1 mmol / L.

 

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c)-   Définir la vitesse volumique de réaction v.

La vitesse volumique de réaction v (t) à la date t,

est la dérivée par rapport au temps du rapport entre

l’avancement x de la réaction et

le volume V du milieu réactionnel.

 

d)-   Relier la vitesse volumique de réaction v à la concentration en diiode [I2] du

mélange réactionnel.

Tableau d’avancement :

Équation

S2 O82 (aq)

+   2 I (aq)

I2 (aq)

+ 2 SO42 (aq)

état

Avanc.

 

 

 

 

nt (I2)

 

État initial (mol)

0

n1

n2

 

0

0

Au cours de latrans

x (t)

n1 x (t)

n2 – 2 x (t)

x (t)

2 x (t)

-  À chaque instant t, dans le mélange réactionnel, la quantité de matière de diiode

formé s’identifie avec l’avancement temporel de la réaction :

-   

-   

e)- Déterminer la valeur de la vitesse :

-  À l’instant t = 0 s,

-  À l’instant t = 50 s.

-  valeur de la vitesse :

-  À l’instant t = 0 s :

-  On trace la tangente à la courbe au point M1 d’abscisse t = 0 et on détermine la

valeur du coefficient directeur :

-   

-  À l’instant t = 50 s :

-  On trace la tangente à la courbe au point M2 d’abscisse t = 50 s et on détermine

la valeur du coefficient directeur :

-   

-  Exploitation graphique :

 

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f)-  Commenter l’évolution de la vitesse au cours du temps.

-  Commentaire :

-  La vitesse d’une transformation chimique est maximale à l’instant initial.

-  Elle décroît ensuite et s’annule lorsque la réaction est terminée.

-  Les réactifs sont consommés au fur et à mesure que la réaction se poursuit.

-  Comme la concentration des réactifs est un facteur cinétique, la diminution de la

concentration des réactifs entraîne la diminution de la vitesse.

 

2)- pH d’une solution d’acide benzoïque (3,5 pts)

Données :

Acide benzoïque / ion benzoate :

C6H5COOH / C6H5COO

Masse molaire de

l’acide benzoïque :

M = 122 g / mol

 

On prépare une solution d’acide benzoïque en dissolvant une masse m = 1,22 g

d’acide benzoïque (solide blanc) dans de l’eau distillée.

On obtient un volume V = 2,00 L de solution.

a)- Déterminer la valeur de la concentration molaire C de la solution d’acide

benzoïque obtenue.

-  concentration molaire C de la solution d’acide benzoïque obtenue.

-   

b)-   Écrire l’équation de la réaction entre l’acide benzoïque et l’eau et dresser le

tableau d’avancement de la réaction.

-  réaction entre l’acide benzoïque et l’eau et tableau d’avancement de la réaction.

 

C6H5COOH (aq)   +   H2O (ℓ)   =   C6H5COO (aq)   +   H3O + (aq)

 

Équation

C6H5COOH (aq) +

H2O (ℓ)  

=

C6H5COO (aq)  

+   H3O + (aq)

état

Avanc

x (mol)

 

 

 

 

 

État ini (mol)

0

n

excès

 

0

ε

Au cours de la

trans

x

n – x

excès

x

x + ε

Avancement

final

xf

n – xf

excès

xf

xf  + ε   xf

Avancement

 maximal

xmax

n – xmax = 0

excès

 

xmax

xmax  + ε  xmax

 

c)-   Déterminer une expression de K, constante d’équilibre de la réaction,

 ne faisant intervenir que la concentration molaire C de la solution d’acide benzoïque et le taux d’avancement final τ de la réaction. (0,75)

-  L’eau est le solvant, il est en large excès.

L’acide benzoïque est le réactif limitant.

-  Expression de K :

(1)

d)-   Que représente cette constante l’équilibre K ?

-  Cette constante K = KA est  la constante d’acidité de l’acide benzoïque.

-  Cette constante d’équilibre K représente la valeur du quotient de réaction à

l’équilibre.

 

On donne la valeur de la constante de la réaction étudiée :

K = 6,4 x 10 – 5  à 25 ° C.

e)-   Calculer le taux d’avancement final τ de la réaction. Justifier.

-  Taux d’avancement de la réaction :

-  (2)

-  Le tableau d’avancement de la réaction permet d’écrire :

-  (3)

-  En combinant (2) et (3) :

(3’)

-  (4)

-  En combinant (3) et (4) :

-  (5)

-  En combinant (1), (3’) et (5) :

-  (6)

-  Cette constante d’équilibre K représente la valeur du quotient de réaction à

l’équilibre.

-  taux d’avancement final τ de la réaction :

-  De la relation (6), on tire : C. τ 2  +  K . τ   K = 0.

-  En remplaçant les lettres par leur valeur respective :

-  5,0 x 10 – 3  τ 2  +  6,4 x 10 – 5  τ  6,4 x 10 – 5  = 0

-  Cette équation du second degré admet deux solutions :

-  τ1 0,11 et τ2 0,12

-  Or  0  ≤  τ  ≤  1, en conséquence, la bonne solution est τ1 0,11

f)-  Calculer l’avancement final xf et l’avancement volumique final  de la

réaction.

-  Avancement final :

-  xf = τ . n

xf = τ . C . V

xf0,11 x 5,0 x 10 – 3 x 2,00

-  xf1,1 x 10 – 3 mol

-  Avancement volumique final :

-   

 

g)-  En déduire la valeur du pH de la solution d’acide benzoïque. Justifier.

-  Valeur du pH de la solution :

-  pH = log [H3O +] or 

-  pH = log [H3O +] log (5,5 x 10 – 4)

pH ≈ 3,3