Chapitre 2 : suivi temporel d’une réaction chimique

étude par spectrophotométrie et titrage(Nouvelle Calédonie novembre 2004)

1. Suivi spectrophotométrique de la transformation chimique.

t (min)	1	2	4	6	8	10	12	14	16	18	20	30	40	50	60	90
A	0,08	0,13	0,23	0,31	0,39	0,45	0,50	0,55	0,59	0,62	0,65	0,74	0,77	0,79	0,79	0,79

1.1. On peut également suivre la réaction par conductimétrie.

1.2.

1.2.1. Vidéo

1.2.2. Donner l’expression de la quantité de matière n(I₂)_t en fonction de l’absorbance au cours du temps de k et des volumes V₁ et V₂.

2I^-_(aq) + S₂O₈^2-_(aq) = I_2(aq) + 2SO₄^2-_(aq)

La solution est colorée uniquement grâce au diiode I₂

A=k.[I₂]_t avec [I₂]_t = n(I₂)_t/(V₁+V₂)

donc

1.2.3. Calculer la quantité de matière de diiode formé à l’instant de date t = 14 min.

1.3. Donner une méthode qui permettrait d’obtenir plus rapidement la même quantité finale de diiode à partir du même mélange réactionnel S.

Il suffirait de chauffer le mélange pour accélérer la réaction.

2. titrage du diiode formé après 90 minutes de réaction.

2.1. Représenter sur la copie le schéma du dispositif de titrage en précisant le nom du matériel et la nature des solutions.

2.2. Vidéo

A l’équivalence les réactifs ont été introduits dans les conditions stœchiométriques. D’après l’équation bilan :

I_2(aq) + 2S₂O₃^2-_(aq) = 2 I^-_(aq) + S₄O₆^2-_(aq)

2.3. Exploitation du titrage.

2.3.1. Vidéo

V’_E = 9,2 mL pour un volume de 5 mL l’équivalence nous donne :

Le mélange contenait 20 mL de solution donc 4 fois plus de quantité de matière de diiode que celle dosée :

n(I₂)_{t= 90 min} = (4/2).c’V’_E = 2.c’V’_E

2.3.2. n(I₂)_{t= 90 min} = 2.c’V’_E = 2.c’V’_E = 2x2,5x10^-3x9,2x10^-3 = 4,6x10^-5 mol

2.3.3 Il suffit de regarder sur la courbe x(t) car d’après l’équation bilan de la réaction

2I^-_(aq) + S₂O₈^2-_(aq) = I_2(aq) + 2SO₄^2-_(aq)

n(I₂)_t = x(t) = 46x10^-6 mol

3. Étude théorique et bilan comparatif.

3.1. ½ réaction de réduction (gain d’électrons)

S₂O₈^2- +2e^- = 2SO₄^2-

½ réaction d’oxydation (perte d’électrons)

2I^- = I₂ + 2e^-

équation d’oxydoréduction

S₂O₈^2- + 2 I^- = 2 SO₄^2- + I₂

3.2. La transformation chimique est supposée totale.

3.2.1.

Tableau en mole (mol)

Relation stœchiométrique		2I^– (aq) + S2O8^2–(aq) = I2 (aq) + 2 SO4^2–(aq)
État du système	Avancement	Quantité de matière en mol
État initial	x = 0	c1.V1 = 5x10^-1x10^-2=5x10^-3	c2. V2 = 5x10^-3x10^-2 = 5x10^-5	0	0
Au cours de la transformation	x	5x10^-3-2.x	5x10^-5 – x	x	2x
État final attendu	xmax	5x10^-3-2.xmax	5x10^-5 – xMAX	xMAX	2xMAX

3.2.2. 2 possibilités de fin de réaction :

1) il n’ya plus d’ion iodure :

5x10^-3-2.x_max = 0

x_max = 2,5x10^-3mol

2) il n’ya plus de peroxodisulfate

5x10^-5 – x_MAX = 0

x_max = 5x10^-5 mol

On prend la plus petite valeur de x_max le peroxodisulfate est en défaut : x_max = 5x10^-5 mol

n(I₂) _max = x_max = 5x10^-5 mol

3.3.

8% d’erreur erreur due au spectrophotomètre ou à la concentration de l’ion peroxodisulfate

3.4 Vidéo

D’après la courbe de l’avancement à t = 10 min, x = 26x10^-6 mol