10 GEIPI - ENI 2008
E. Les concentrations en ions restent constantes dans les deux compartiments ; la tension U AB s’annule ; le système est à l’équilibre
5.3 Cinétique chimique
21 FESIC-Ch 2008
Vrai ou faux ?On étudie en fonction du temps l’évolution d’un mélange obtenu à partir de 100 mL de solution aqueuse d’acide oxalique de concentration molaire en soluté apporté 6,00.10−2mol.L−1 et 100 mL d’une solution acidifiée de dichromate de potassium de concentration molaire en soluté apporté 1,66.10−2mol.L−1.
5 Chimie Enoncés
On obtient la courbe figure 5.6 qui représente l’évolution de la concentration molaire en ions chrome (III) en fonction du temps :
Figure 5.6
Données :
Couples intervenant dans la réaction : CO2/ H2C2O4et Cr2O2−7 / Cr3+. a. Le dioxyde de carbone est l’acide conjugué de l’acide oxalique H2C2O4. b. Le mélange initial est dans les proportions stœchiométriques.
c. L’acide oxalique est le réactif limitant.
d. Quand t → ∞, la courbe tend vers une limite asymptotique d’équation [Cr3+]=16,6 mmol.L−1.
22 FESIC-Ch 2007
Vrai ou faux ?En solution dans le tétrachlorométhane, le pentaoxyde de diazote N2O5se décompose en dioxyde d’azote NO2et en dioxygène. La courbe donnant la concentration C du pentaoxyde de diazote au cours du temps est donnée figure 5.7. L’étude a été réalisée à partir de 1 L de solution.
Données :
Volume molaire gazeux dans les conditions de l’expérience : Vm =25 L.mol−1.
Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
Enoncés 5 Chimie
Figure 5.7
a. Le pentaoxyde de diazote N2O5est l’oxydant du couple N2O5/ NO2. b. Le temps de demi-réaction t1/2vaut environ 20 mn.
c. La concentration en pentaoxyde de diazote décroît exponentiellement.
d. À t∞le volume de dioxygène dégagé est égal à 6,25 L.
23 GEIPI - ENI 2006
Une seule réponse vraie On réalise un mélange équimolaire d’acétate de propyle (éthanoate de propyle) et d’eau pure et on suit la quantité de l’ester en fonction du temps (figure 5.8).Parmi les cinq réponses, choisir celle dont toutes les affirmations correspondent à l’expérience.
A – la réaction est une hydrolyse ;
– le rendement peut être estimé à 66 % ; – l’un des produits est CH3COOH ;
– l’ajout d’un acide fort H2SO4augmenterait la vitesse de la réaction.
B – la vitesse initiale de la réaction est comprise entre 8.10−3et 10.10−3mol.h−1; – l’un des produits est CH3CH2CH2OH ;
– le rendement peut être estimé à 33 % ;
– une élévation de température augmente la vitesse de la réaction.
5 Chimie Enoncés
Figure 5.8
C – la réaction est une estérification ;
– l’un des produits est l’acide acétique (éthanoïque) ;
– l’ajout d’un acide fort H2SO4est sans effet sur l’état d’équilibre.
– La vitesse initiale est comprise entre 3.10−3et 4.10−3mol.h−1.
D – l’acétate de propyle a pour formule semi-développée CH3CH2COOCH2CH3; – l’avancement maximal est de 0,25 mol ;
– l’équilibre est atteint à t =180 h ; – la réaction est athermique.
E – la vitesse moyenne pendant les 40 premières heures vaut 5.10−3mol.h−1; – l’un des produits de la réaction est H2O ;
– un ajout d’acide acétique tendrait à diminuer le rendement ; – la température est sans influence sur l’état d’équilibre.
24 FESIC-Ch 2006
Vrai ou faux ?On réalise le mélange de V1 = 20,0 mL de permanganate de potassium acidifié de concentration molaire en soluté apporté C1 = 2,00.10−3mol.L−1et V2 = 20,0 mL d’acide oxalique HOOC−COOH (solution incolore) de concentration molaire en soluté apporté C2=5,00.10−2mol.L−1.
La réaction mise en jeu est lente et considérée comme totale, son équation est : 2 MnO−4 (aq)+ 5 H2C2O4 (aq)+ 6 H+(aq) = 2 Mn2+(aq) + 8 H2O(aq)+ 10 CO2 (aq)
Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
Enoncés 5 Chimie
On suit son évolution par spectrophotométrie. On mesure l’absorbance A du mélange réactionnel placé dans la cuve du spectrophotomètre. Par un logiciel approprié, on obtient la courbe suivante :
Figure 5.9
Dans ces conditions, la concentration molaire en ions permanganate est proportion-nelle à la valeur de l’absorbance A mesurée. L’absorbance A(t) et l’avancement de la réaction x(t) sont reliés par la relation :
x(t) = 2.10−5−A(t).10−5 mol.
a. L’un des couples d’oxydoréduction mis en jeu dans la réaction chimique est CO2 (aq)/ H2C2O4 (aq).
b. Le temps de demi-réaction est égal à environ 650 s.
On recommence l’expérience précédente en prenant le même volume V2d’une nou-velle solution d’acide oxalique de concentration molaire apportée
C2=2,50.10−3mol.L−1. c. La solution finale n’est plus incolore.
d. L’absorbance finale vaut 1.
25 FESIC-Ch 2007
Vrai ou faux ?Par spectrophotométrie, on suit la cinétique de la réaction des ions iodure I−(aq) avec les ions peroxodisulfate S2O2−8 (aq)qui conduit à la formation de diiode (jaune en solu-tion) et d’ions sulfate. Cette réaction est lente et totale.
5 Chimie Enoncés
La transformation est modélisée par l’équation chimique : S2O2−8 (aq)+ 2 I−(aq) = I2 (aq) + 2 SO2−4 (aq)
Les concentrations et volumes des réactifs introduits sont les suivants : S2O2−8 (aq): C1=0,50 mol.L−1; V1=10,0 mL
I−(aq) : C2=0,020 mol.L−1; V2=10,0 mL
On a mesuré l’absorbance au cours du temps et obtenu la courbe de la figure 5.10.
Figure 5.10
On rappelle la loi de Beer Lambert aux faibles concentrations : A = k.[I2] où k est un coefficient de proportionnalité.
a. Le temps de demi-réaction t1/2vaut environ 30 mn.
b. L’ion peroxodisulfate est le réactif limitant.
c. La réaction étudiée étant totale, la concentration finale doit être [I2]max =10 mmol.L−1.
d. La valeur du coefficient k pour la longueur d’onde choisie est égale à 5,0.102L.mol−1.
Dunod–Laphotocopienonautoriséeestundélit
Enoncés 5 Chimie
26 FESIC-Ch 2006
Vrai ou faux ?L’eau de javel est un désinfectant, elle est fabriquée en solution aqueuse selon la réaction quasi-totale :
Cl2 (g)+ 2 HO−(aq) = ClO−(aq)+ Cl−(aq)+ H2O(l) (réaction n◦1) Le degré chlorométrique (◦Chl) est le volume (exprimé en L) de dichlore gazeux qui a été utilisé pour préparer un volume de 1,00 L d’eau de javel.
Dans les conditions opératoires, le volume molaire gazeux est Vm =22,4 L.mol−1. On considère de l’eau de javel à 48,0◦Chl.
a. Dans ces conditions, 60 L de dichlore gazeux sont nécessaires pour préparer 500 mL d’eau de javel.
b. La concentration molaire en ions hypochlorite ClO−(aq) est environ égale à 2,1 mol.L−1.
La teneur en ions hypochlorite ClO−(aq) diminue au cours du temps car les ions se transforment lentement en ions chlorures avec dégagement de dioxygène selon l’équation bilan :
ClO−(aq) = Cl−(aq)+ 1
2O2 (g) (réaction n◦2)
Cette réaction montre que le degré chlorométrique d’une eau de javel est susceptible de varier au cours du temps. On étudie la cinétique de la réaction de décomposition.
Deux séries d’expériences ont permis de tracer les courbes des figures 5.11 et 5.12.
Figure 5.11
5 Chimie Enoncés
Figure 5.12
c. La température et l’absence de lumière sont des facteurs cinétiques faisant évoluer le système dans le même sens.
Lors de sa fabrication, un berlingot d’eau de javel contient 0,50 mol d’ions ClO−(aq). Lors de son utilisation, six mois plus tard, il n’en contient plus que 0,48 mol. Le volume d’un berlingot est 250 mL.
d. La vitesse volumique moyenne de la réaction no2 est égale à 3 mol.L−1.mois−1.
27 GEIPI 2008
En milieu acide, le peroxyde d’hydrogène réagit avec les ions iodure. L’étude expé-rimentale montre que la réaction est totale, lente, et permet d’obtenir une mole de diiode (I2) par mole de peroxyde d’hydrogène consommée.
1. Écrire pour chacun des couples (H2O2/ H2O) et (I2/ I−) la demi-équation d’oxy-doréduction associée.
On se propose d’étudier la cinétique de cette réaction. Pour ce faire, on mélange à l’instant initial les solutions suivantes :
- 50 mL d’iodure de potassium de concentration 0,02 mol.L−1; - 100 mL d’acide sulfurique (H2SO4) de concentration 0,05 mol.L−1; - 50 mL de peroxyde d’hydrogène de concentration 0,02 mol.L−1.
2. Écrire l’équation-bilan de la réaction du peroxyde d’hydrogène sur l’iodure de