Étude cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée (Réunion 2007 )

 

 

couples oxydant-réducteur : H2O2 (aq) / H2O(l) et O2 (g) / H2O2 (aq).

Réaction 1
 
 


2 H2O2 (aq) = 2 H2O(l) + O2 (g)

 

Données :

Volume molaire des gaz dans les conditions de l'expérience : Vm  25 L.mol-1.

 

Partie 1 : Étude de la réaction de dismutation

 

1.      Deux demi-équations d'oxydoréduction

 

 H2O2 (aq) + 2 H+(aq)  + 2 e- = 2 H2O(l)           ½ équation de réduction car gain d’électron

 

 H2O2 (aq) =  O2 (g) + 2H+(aq) + 2 e-                     ½ équation d’oxydation car perte d’électron

 

 

2. L’oxydant de la demi équation d’oxydation est O2 car il peut gagner des électrons. Le réducteur est l’eau oxygénée car il peut céder des électrons.

 

3. Tableau d'évolution du système

 

équation chimique

            2 H2O2(aq)                                                            =              2 H2O(l)                                    +                      O2(g)

État du système

Avancement (en mol)

Quantités de matière (en mol)

État initial

x = 0

n0 (H2O2)

Solvant

n0 (O2)= 0

Etat en cours de transformation

x

nt(H2O2) = n0(H2O2) – 2x

Solvant

 

État final

xmax

n(H2O2) = n0(H2O2) – 2xmax = 0

Solvant

 

 

Partie 2 : Détermination de la concentration initiale de la solution de peroxyde d'hydrogène

 

1.1.    Le titre de la solution est 10 volumes. Par conséquent le volume de dioxygène V(O2) qui serait dégagé est :

V(O2) = 10 L
Quantité de dioxygène formé au cours de cette transformation :

 

 

1.2.  D ‘après le tableau d’avancement :

 

 

avec V = 1L

 

n0(H2O2) – 2xmax = 0

 

 n0(H2O2) = 2.xmax

 

 

2. Détermination de la valeur réelle de la concentration en peroxyde d'hydrogène.

 

V0 = 10,0 mL de cette solution par une solution de permanganate de potassium acidifiée de concentration en soluté C1 = 2,0 ´ 10 -1 mol.L-1. Les couples oxydant-réducteur intervenant au cours du titrage sont MnO4– (aq) / Mn2+(aq) et O2 (g) / H2O2 (aq). Le volume de permanganate de potassium versé pour obtenir l'équivalence est Veq =14,6 mL.

L'équation de la réaction de titrage est la suivante :

Réaction 2
 
 


5 H2O2 (aq) + 2 MnO4- (aq) + 6 h3o+(aq) = 5 O2 (g) + 2 Mn2+(aq) + 14 H2O (l)

 

 

2.1.  A l’équivalence les réactifs ont entièrement disparu. Avec une goutte de plus en ion permanaganate la solution se colore instantanément en violet.

2.2.  A l’équivalence les réactifs ont été introduits dans les proportion stoeochiométriques :

 

 

 

2.3.  Donner l'expression de la concentration en peroxyde d'hydrogène de la solution
commerciale [H2O2]exp en fonction de C1, V0 et Veq.

 

2.4.   

 

2.5.  Les deux valeurs sont similaires ;

 

La concentration en eau oxygénée a diminué car une partie c’est dismutée suivant la réaction lente : 2 H2O2 (aq) = 2 H2O(l) + O2 (g)

 

 

2.6 Schéma de dosage

 

 

 

Partie 3 : Étude cinétique de la dismutation du peroxyde d'hydrogène

 

1.    Evolution de la concentration en peroxyde d'hydrogène en fonction du temps.

 

2.    Avancement de la transformation x(t) en fonction de nt(H2O2) :

 

nt(H2O2) = n0(H2O2) – 2x(t)