Titrage avec une
réaction lente (Polynésie 09/2007 )
1. Étude de la réaction
d’oxydoréduction et préparation de la solution
1.1. Couple I2(aq)
/ I–(aq) 2 I–(aq)
= I2(aq)
+ 2e– oxydation car perte d’électrons
Couple H2O2(aq)
/ H2O(l) H2O2(aq) + 2 H+(aq)
+ 2e– = 2 H2O(l) réduction car gain d’électrons
1.2. On
effectue la somme des deux demi-équations précédentes:
H2O2(aq) + 2 I–(aq)
+ 2 H+(aq) = I2(aq)
+ 2 H2O(l)
1.3. Au
cours du temps la solution se colore en jaune avec une teinte de plus en plus
foncée car la concentration en diiode
1.4. Au
cours d’une dilution la quantité de matière de soluté prélevée dans la solution
mère est égale à la quantité de matière se retrouvant dans la solution fille :
Solution mère : Solution commerciale CCom ;
volume à prélever V
Solution fille : solution fille diluée C2 = Ccom /10; V2= 50 mL
n
= n2
soit CCom.V
= C2.V2
CCom.V
=(Ccom /10).V2
On prélève 5,0 mL de la solution commerciale à
l’aide d’une pipette jaugée de 5,0 mL surmontée munie
d’un pipeteur. On les verse dans une fiole jaugée de
50 mL, on ajoute de l’eau distillée aux trois-quarts ;
on agite puis on complète avec l’eau distillée jusqu’au
trait de jauge. On bouche.
2.
Étude d’une transformation par spectrophotométrie
2.1. A
= k.[I2(aq)]
A0 = k.C0
2.2.1. Tableau d’avancement
de la réaction :
.
Équation chimique |
H2O2(aq) +
2 I–(aq) + 2 H+(aq) = 2 H2O(l) +
I2(aq) |
|||||
État du système |
Avancement (mol) |
Quantités de matière (mol) |
||||
État initial |
0 |
C2.V2 |
C1.V1 |
Excès |
beaucoup |
0 |
État en cours de transformation |
x |
C2.V2 – x |
C1.V1 – 2x |
Excès |
beaucoup |
x |
État final |
xmax |
C2.V2 – xmax |
C1.V1 – 2xmax |
Excès |
beaucoup |
xmax |
2.2.2. D’après
le tableau nI2 (formé)= x
2.2.3. Expression
de l’avancement en fonction de x :
A = k.[I2(aq)] = k.x/(V1+V2 )
2.2.4. Si
l’iodure de potassium est le réactif en défaut, alors d’après le tableau d’avancement :
C1.V1
– 2xmax = 0
Soit
xmax = ½
(C1.V1)
3. Exploitation de la courbe
représentant l’absorbance au cours du temps
3.1.
La vitesse volumique est égale à la dérivée de l’avancement par rapport à x
divisée par le volume totale de solution :
3.2.
La vitesse est proportionnelle à la dérivée de A par rapport au temps c’est à
dire la pente de la tangente à la courbe A = f(t). (le coefficient de proportionnalité
est k). cette pente diminue donc la vitesse diminue.
3.3.
Au bout de 15 min, la tangente à la courbe est quasiment horizontale donc sa
pente est nulle :
, son coefficient directeur est donc nul, on peut considérer que la
vitesse de la réaction est nulle, soit que le système n’évolue plus.
3.4. Le
temps de demi-réaction t1/2 correspond à la durée nécessaire pour
que l’avancement de la réaction atteigne la moitié de sa valeur finale x(t 1/2
) = xmax/2
Graphiquement le point d’ordonnée Amax/2
a pour abscisse t1/2 = 4 min
3.5.1.
D’après le graphique Amax = 0,37.
À la question 2.2.4 on a trouvé xmax
= 6,3.10-4 mol donc l’hypothèse n’est pas correcte, les ions iodure
ne constituent pas le réactif en défaut : l’eau oxygénée est le réactif
limitant.
3.5.2. Si
l’eau oxygénée est le réactif limitant on a : C2.V2
– xmax = 0 soit
xmax = C2.V2
3.5.3. La
réaction étudiée est totale mais lente par conséquent elle n’a pas toutes les
caractéristiques d’une réaction de titrage.