TP Chimie N° 01 

Suivi temporel

d'une transformation

par une méthode chimique :

Correction

 

   

 

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie


I - Étude expérimentale.

II - Exploitation des mesures.

III- Graphes.

 

 

I- Étude expérimentale.

1)- Introduction.

-   On étudie la réaction entre les ions iodure et  l’eau oxygénée en milieu acide qui est lente à la température ambiante.

-   Le diiode apparu est dosé par une solution titrée de thiosulfate de sodium en présence d’un indicateur : l’empois d’amidon.

2)- Expérience 1 : réaction entre les ions iodure et l’eau oxygénée en milieu acide.

-   A l’instant t = 0, 0 s,

-   On verse un volume V3 = 100 mL d’une solution d’iodure de potassium de concentration C3 = 0,20 mol / L

-   et un volume V1 = 100 mL d’une solution d’eau oxygénée de concentration C1 = 5,6 x 10–2 mol / L

-   dans un erlenmeyer de 250 mL.

3)- Expérience 2 : dosage du diiode formé au temps t.

-   Dans une burette graduée de 25 mL, on introduit une solution titrée de thiosulfate de sodium de concentration C2 = 4,0 x 10–2  mol / L et on règle le zéro de la graduation.

-   On prépare un bécher contenant 50 mL d’eau glacée environ et quelques gouttes d’empois d’amidon.

-   Grâce à une pipette jaugée, on prélève un volume V0 = 10 mL du mélange réactionnel.

-   On verse le contenu de la pipette dans un erlenmeyer de 250 mL.

-   Au temps ti = 1 min,  on verse le contenu du bécher dans l’erlenmeyer pour arrêter la réaction.

-   On dose ensuite le diiode formé à la date ti.

-   Pour ce faire, on verse progressivement la solution de thiosulfate de sodium (contenue dans la burette graduée) dans l’erlenmeyer.

-   Une coloration bleu noir doit apparaître.

-   On ajoute goutte à goutte le thiosulfate de sodium jusqu’à décoloration de la solution.

-   On note le volume de solution de thiosulfate de sodium versé

-   V2 =

-   On recommence l’expérience au temps ti = 2 min, puis ti = 4 min…………

4)- Tableau de mesures.

Temps t min

V2 mL

[I2] mol / L

[H2O2] mol / L

x (t)

0

0,00

0,0000

0,0280

0,0000

1

2,40

0,0048

0,0232

0,0010

2

4,40

0,0088

0,0192

0,0018

4

7,40

0,0148

0,0132

0,0030

6

8,90

0,0178

0,0102

0,0036

8

9,70

0,0194

0,0086

0,0039

10

10,30

0,0206

0,0074

0,0041

12

10,90

0,0218

0,0062

0,0044

14

11,20

0,0224

0,0056

0,0045

16

11,40

0,0228

0,0052

0,0046

18

11,60

0,0232

0,0048

0,0046

20

11,80

0,0236

0,0044

0,0047

24

11,90

0,0238

0,0042

0,0048

28

11,90

0,0238

0,0042

0,0048

32

12,00

0,0240

0,0040

0,0048

36

12,10

0,0242

0,0038

0,0048

40

12,20

0,0244

0,0036

0,0049

 

II- Exploitation des mesures.

1)- Étude de la réaction entre l’eau oxygénée et les ions iodure.

a)- Équation bilan de la réaction.

-   demi-équations électroniques des différents couples et équation bilan de la réaction.

(H2O2 (aq)     +       2 H +(aq)   +     2 e       =           2 H2O ()  ) x 1  

                                              (  2 I (aq)                   =         I 2 (aq)    +   2 e   x 1

H2O2 (aq)     +       2 H +(aq)   +   2 I (aq)            2 H2O (ℓ)   + I2 (aq) 

 

-   Qualificatifs  : réaction naturelle ou spontanée, lente, unique, totale.

b)- Étude quantitative.

-   Quantité de matière d'eau oxygénée à l'instant initial :

-   n0 (H2O2) = C1 . V1 = 5,6 x 10–2 x 100 x 10–3

-   n0 (H2O2) ≈ 5,6 x 10 – 3 mol

-   Quantité de matière d'ion iodure à l'instant initial :

-   n0 (I ) = C3 . V3 = 0,20 x 100 x 10 – 3

-   n0 (I ) = C3 . V3 2,0 x 10 – 2 mol

-   Tableau d’avancement de la réaction :

Équation

H2O2 (aq)

+   2 I (aq)

+ 2 H +(aq)

I2 (aq) 

+ 2 H2O (ℓ)

état

Avanc.

x (mol)

 

 

 

 

n t (I2)

 

État initial (mmol)

0

C1 . V1

5,6

C3 . V3

20

 

excès

 

0

 

Au cours de la

transformation

x (t)

5,6 - x (t)

20 - 2 x (t)

 

x (t)

 

Avancement

final (mmol)

x f

5,6 - xf   

20 - 2 xf 

 

xf   

 

Avancement

max (mmol)

xmax

5,6 - xmax 

20 - 2 xmax 

 

 

xmax 

 

0 mmol

8,8 mmol

 

 

5,6 mmol

 

-   La réaction est finie par manque d’un des réactifs : 

-   Il faut résoudre :

5,6 x (t)  ≥  0  (1) et  20 2 x (t)   0  (2) 

{

(1) =>   0    x (t)  5,6

et

=>   0    x (t)    5,6

             Conséquence : xmax  = 5,6 mmol

(2) =>   0    x (t)    10

On en déduit que I (aq) est en excès et H2O2 (aq) est en défaut

-   À chaque instant t, dans le mélange réactionnel, la quantité de matière de diiode formé s’identifie avec l’avancement temporel de la réaction : 

-   n t (I2) = x (t)

 

2)- Étude de la réaction de dosage.

a)- Équation de la réaction de dosage.                          

-   Caractéristiques de la réaction : : réaction naturelle ou spontanée, rapide, unique, totale.

-   Écrire les demi-équations électroniques des différents couples et équation bilan de la réaction :

-   S4O62 (aq) / S2O3 2 (aq) et I2 (aq) / I (aq) 

      2 S2O3 2 (aq)              =   S4O6 2 (aq)    +     2 e  

   I2 (aq)    +   2 e                     =       2 I (aq)   

 2 S2O3 2 – (aq)    +   I2 (aq)       →      S4O6 2 (aq)   + 2 I (aq) 

b)- étude quantitative.

-   Tableau d’avancement de la réaction.

Équation

2 S2O3 2 (aq)  

+   I2 (aq)

2 I (aq)

S4O6 2 (aq)

état

Avancement

x (mol)

 

 

 

 

 

État initial (mol)

0

n (S2O3 2 )

n (I2

 

0

0

Au cours de la

transformation

x

n (S2O3 2 ) - 2 x

n (I2) - x

 

2 x

x

Avancement

max

Équivalence

xmax

n (S2O3 2 ) - 2 xmax

n (I2) - xmax

2 xmax

xmax

 

0

0

 

2 xmax

xmax

 

-   Relation à l’équivalence : n (S2O3 2 ) - 2 xmax = 0  et n (I2) - xmax = 0

-   Cette relation permet de déterminer la quantité de matière de diiode présente dans le volume V0 à partir de la quantité de matière d’ions thiosulfate versé. 

-   On peut écrire : 

-   n versé (S2O3 2 ) = 2 nt (I2)

3)- exploitation des mesures.

a)-     Cas de la réaction (2) : dosage

-   L’expression nt (I2) représente la quantité de matière de diiode présente dans le volume V0.

-   Expression de nt (I2) en fonction de C2 et V2.

-   À l’équivalence :

-   

-   expression de la concentration en diiode dans le mélange réactionnel à la date t.

-   

-    

b)-     Cas de la réaction (1) : Réaction entre les ions iodure et l’eau oxygénée en milieu acide.

-   La concentration en diiode dans le mélange réactionnel est la même que celle dans le volume V0.

-   

-   Quantité de matière de diiode dans le mélange réactionnel :

-  

-   Sachant que : n' t (I2) = x (t), on peut en déduire la relation donnant l’avancement temporel x (t) de la réaction :

-  

-   ces expressions se rapportent à la réaction (1).

-   Concentration de l’eau oxygénée : [H2O2] t = g (C1 , C2 ,V0 , V1 ,V2 , V3).

-   D’après le tableau d’avancement de la réaction :

-   

III-          Les graphes :

-   Graphe 1 :  x = f (t)

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-   Graphe 2 :  [ I2 ] = f (t)

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-   Graphe 3 :  [ H2O2 ] = f (t)

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