Bac Blanc 2004 : Exercice 3

Etude cinétique

par conductimétrie

Enoncé :

Correction

 

 

 

Exercice 3 : Étude cinétique par conductimétrie (6 points)

Dans cet exercice, on s'intéresse à la réaction d'oxydoréduction entre les ions peroxodisulfate S2O82 et les ions iodure I en solution aqueuse.

 

Dans un bécher, on introduit

un volume  V= 40 mL d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de potassium

 (2 K (aq)  +  S2O82 – (aq))

de concentration C= 1,0  × 10 – 1  mol / L .

à l'instant t = 0 s, on ajoute

un volume V= 60 mL d'une solution aqueuse d'iodure de potassium

((aq)  +   (aq))

de concentration C= 1,5 × 10 – 1 mol / L.      

Un conductimètre, relié à un système d'acquisition de données, permet de suivre l'évolution de la conductance de la solution au cours du temps.

La courbe obtenue est reproduite ci-dessous.

 

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1. L’équation de cette réaction d’oxydoréduction entre les ions peroxodisulfate S2O82 et les ions iodure en solution aqueuse s’écrit :

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

-   Écrire les demi-équations électroniques pour chacun des deux couples qui interviennent dans cette réaction et donner les couples oxydant / réducteur.

2. Déterminer le réactif limitant. En déduire la valeur de l'avancement maximal xmax de la réaction.

3. En notant x l'avancement de la réaction à l'instant t, donner les expressions des concentrations des divers ions présents dans le mélange en fonction de x et ou du volume V de la solution.

On négligera les ions H3O+  et HO très minoritaire devant les autres ions.

4. Donner la relation liant la conductance G d'une telle solution, les caractéristiques de la cellule, les conductivités molaires ioniques et les concentrations des ions qu'elle contient à l’instant t.

5. En simplifiant, on peut montrer que la relation entre la conductance G et l’avancement x de la réaction est de la forme :  

V est le volume total de la solution, constant pendant toute la durée de l'expérience.

Pour la suite de l'étude, on donne les valeurs des constantes (dans les conditions de l'expérience) :

A = 1,9 mS . L et B = 42 mS . L . mol – 1 .

Définir la vitesse volumique de la réaction en fonction de l'avancement x.

En déduire son expression en fonction de G.

6. Déterminer la valeur de la vitesse volumique de la réaction aux instants t0 = 0 s et t1 = 60 s en utilisant la courbe G = f (t).

7. En utilisant la courbe G = f (t), déterminer avec un seul chiffre significatif la valeur de l'avancement final de la réaction.

8. Donner la définition du temps de demi-réaction, puis déterminer graphiquement sa valeur.

9. Calculer la valeur du taux d'avancement de la réaction. Conclure.