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Page 1 sur 6 L.Elahd eljadid DOUZ Sciences physiques SÉRIE N° 1 : cinétique chi

Page 1 sur 6 L.Elahd eljadid DOUZ Sciences physiques SÉRIE N° 1 : cinétique chimique EXERCICE 1 : On se propose d’étudier la cinétique de la réaction d’oxydation des ions iodures I- par les ions peroxodisulfates . Pour ce fait, on prépare à un instant de date t = 0 s un litre d’une solution renfermant 2.10-1mol d’iodure de potassium KI et 1,5.10-1 mol de peroxodisulfate de potassium K2S2O8. 1. Quelle est l’observation qui montre que cette réaction est lente ? 2. On suit l’évolution de la réaction en déterminant par dosage la concentration du diiode I2 formé à différents instants, on effectue des prélèvements que l’on place rapidement dans l’eau glacée. Pourquoi ? 3. le tableau suivant représente les variations de la molarité de diode I2 formé au cours du temps t en min 0 5 15 30 [ I2 ] en 10-2 mol. L-1 0 3,2 7,5 10 a. En considérant que la réaction est totale, déterminer l’avancement final xf de la réaction. b. Déterminer la valeur de la vitesse de la réaction : • Entre les instants t = 0 et t = 15min. • Entre les instants t= 15min et t = 30min. Comparer ces deux valeurs, interpréter. c. Déterminer la valeur de la vitesse de la réaction à l’instant t = 30 min. 4. Le diode formé dans chaque prélèvement de volume V0 = 20mL est dosé par une solution de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration molaire C = 2.10-1 mol.L-1. a. Écrire l’équation de la réaction de dosage, sachant que les couples redox sont : et . b. Exprimer le volume V de la solution de thiosulfate de sodium versé à l’équivalence pour chaque dosage en fonction de C, V0 et [I2]. En déduire le volume V nécessaire à t = 15 min EXERCICE 2 A) Préparation des solutions Données : masses molaires atomiques (g.mol-1): N (14), H (1), S (32,1), O (16) 1) Quelle masse de peroxodisulfate d'ammonium (NH4)2S2O8 faut-il utiliser pour préparer 100 mL de solution S de concentration 0,1 mol.L-1 ? La balance a une précision au 1/100 ième de gramme. 2) On dispose d'eau distillée, de la verrerie du laboratoire et d'une solution d'iodure de potassium (K+ + I-) de concentration C, égale à 1 mol.L-1. Quelle volume de cette solution faut il utiliser pour obtenir 100 mL d'une solution S' d'iodure de potassium de concentration 0,2 mol.L-1? 3) Préciser le matériel à utiliser. B) Étude de la réaction 1) A l'instant t = 0 on réalise le mélange M de 100 mL de solution S et de 100 mL de la solution S'. La réaction lente qui se produit a pour équation : + A partir de l’équation bilan, rappeler les deux couples considérés et donner le rôle joué par chaque réactif. 2) Rappeler de même les définitions sur la réduction et l’oxydation. 3) Quelle est à t = 0, la concentration molaire volumique initiale en S2O8 2- notée [S2O8 2- ]0 dans le mélange réalisé ? 4) On prélève, à différentes dates t, un volume V1 égale à 10 mL du mélange M que l'on refroidit immédiatement dans l'eau glacée. Dans chacun des prélèvements, on dose le diiode I2 formé par une solution de thiosulfate de sodium (2Na+, S2O3 2-) de concentration C2 = 0,01 mol.L-1, en présence d'empois d'amidon. La réaction rapide et totale du dosage à pour équation : I2 (aq) + 2 S2O3 2- (aq) 2I- (aq) + S4O6 2- (aq). Page 2 sur 6 Dans le tableau ci après, on a regroupé les différentes valeurs V2 du volume de solution de thiosulfate de sodium nécessaire au dosage des différents prélèvements t (en min). T(min) 0 4,5 8 16 20 25 30 36 44 54 59 V2 (mL) 0 1,8 2,4 4 4,8 5,6 6,1 6,9 7,4 8,4 9,2 [I2](.10-2) (mol/L) Pourquoi prend-on la précaution de refroidir le prélèvement ? 5) A partir du tableau d’avancement molaire volumique, exprimer la relation entre la concentration de diiode I2 noté [I2], présent dans le prélèvement et la concentration en ions thiosulfate S2O3 2- notée [S2O3 2- ] nécessaire au dosage ainsi que les volumes V1 et V2. 6) Déduire de la question précédente l’expression donnant la concentration [I2] de diiode contenu dans chaque prélèvement en fonction de V2 (volume versé à l’équivalence en mL). 7) Tracer le graphe [I2(t)] = f(t), t en minute et [I2] en mmol.L-1. 8) Définir la vitesse volumique de la réaction 9) Déterminer les valeurs de cette vitesse aux dates t = 20 min et t = 40 min. 10) Conclure quant à la variation de la vitesse de réaction au cours du temps. EXERCICE 3 : Le " lugol " est une solution antiseptique à base de diiode I2. Quand on plonge une lame de zinc dans cette solution, on peut observer, au bout d'un temps assez long, une décoloration et une attaque du zinc. L'équation de la réaction est : Zn (s) + I2 (aq) Zn2+ (aq) + 2I- (aq) Pour étudier cette réaction, on suit l'évolution de la quantité de matière de diiode présente en fonction du temps. Au bout de cette expérience, la température est de 20°C. La concentration initiale du diiode est C0 = 0,020 mol.L-1. On effectue 12 prélèvements de volume V0 = 20mL que l'on place dans 12 béchers. A la date t = 0, on introduit, dans chaque bécher, deux morceaux de grenaille de zinc (le diiode est alors le réactif limitant). A chaque date indiquée dans le tableau ci-dessous, on place rapidement un des béchers dans la glace, puis on titre le diiode restant par une solution de thiosulfate de sodium de concentration C = 0,020 mol.L-1. L'équation de la réaction de titrage est : I2 (aq) + 2 S2O3 2- (aq) 2I- (aq) + S4O6 2- (aq). Les résultats des titrages sont indiqués dans le tableau ci-dessous où Véq représente le volume de thiosulfate de sodium versé à l'équivalence. 1. Calculer la quantité de matière initiale de diiode notée n0. 2. Exprimer n(I2), quantité de matière de diiode à la date t en fonction de C et de Véq. Calculer n(I2) à chaque date. Regrouper les résultats sous forme d'un tableau. 3. Dresser le tableau d'avancement de la réaction. En déduire une relation entre n(I2) restant à la date t, n0 et l'avancement x. Calculer x à chaque date. Regrouper les résultats sous forme d'un tableau. 4. Tracer la représentation graphique x = f(t). 5. Le diiode est le réactif limitant. Calculer l'avancement maximal, en déduire le temps de demi-réaction. 6. On a placé les Béchers dans la glace avant d'effectuer le titrage. Comment appelle-t-on cette opération ? 7. Le thiosulfate de sodium est hydraté. Sa formule est Na2S2O3, 2H2O. Quelle masse de solide a-t-il fallu pour préparer 500 mL de solution de concentration 0,020 mol.L-1 ? -Faire le schéma annoté du montage qui sert au titrage. Comment détecter l'équivalence ? t(s) 30 60 100 200 300 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Veq(mL) 31,6 27,4 24,2 19 15,2 12,5 8,4 5,8 4,2 3,2 2,6 2,2 Page 3 sur 6 EXERCICE4 Bac la Réunion 2007 : Étude cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée) L'eau oxygénée commerciale est une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène utilisée comme désinfectant pour des plaies, pour l'entretien des lentilles de contact ou comme agent de blanchiment. Le peroxyde d'hydrogène (H2O2) intervient dans deux couples oxydant-réducteur : H2O2 (aq) / H2O(l) et O2 (g) / H2O2 (aq). Le peroxyde d'hydrogène est capable dans certaines conditions de réagir sur lui-même c'est à dire de se dismuter selon l'équation de réaction suivante : 2 H2O2 (aq) 2 H2O(l) + O2 (g) Cette réaction est lente à température ordinaire mais sa vitesse peut être augmentée en présence d'un catalyseur. Données : Volume molaire des gaz dans les conditions de l'expérience : Vm  25 L.mol-1. La partie 3 est indépendante des parties 1 et 2. Partie 1 : Étude de la réaction de dismutation 1. Écrire les deux demi-équations d'oxydoréduction des deux couples auxquels le peroxyde d'hydrogène appartient. 2. Donner le tableau d'évolution du système. 3. Partie 2 : Détermination de la concentration initiale de la solution de peroxyde d'hydrogène L'eau oxygénée du commerce se présente en flacons opaques afin d'éviter que la lumière favorise la transformation chimique précédente. Le flacon utilisé dans cette étude porte la mention suivante : eau oxygénée à 10 volumes. Cette indication est appelée le titre de l'eau oxygénée. Par définition, le titre est le volume de dioxygène (exprimé en litres) libéré par un litre de solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène suivant la réaction de dismutation dans les conditions normales de température et de pression (réaction 1). On considérera, en première approximation, que les conditions de l'expérience sont assimilables aux conditions normales. Avant de réaliser le suivi cinétique de la réaction de dismutation, on désire vérifier l'indication donnée sur le flacon concernant le titre de l'eau oxygénée de la solution commerciale utilisée. 1. Calcul de la valeur attendue de la concentration en peroxyde d'hydrogène. uploads/Finance/ cinchi.pdf