TS AE : Suivi cinétique d’une transformation chimique par spectroscopie
Problématique : Comment déterminer le temps de demi-réaction d'une réaction chimique ? Information 1 :
Le peroxyde d’hydrogène (eau oxygénée) est un oxydant puissant. En milieu acide, il réagit lentement avec les ions iodure pour former du diiode selon la réaction :
2I
( aq ) H
2O
2(aq ) 2H
3O
( aq ) I
2(aq ) 4H
2O
( l ) (1)Information 2 : spectre d’absorption
La solution de diiode est colorée, voici son spectre d'absorption.
Les ions iodures I-, les ions oxonium H3O+ en solution et la
solution de peroxyde d'hydrogène sont incolores.
Information 3 : Comment réaliser une courbe d'étalonnage A=f(C) ?
1- Lancer le logiciel Esaostudio dans le lecteur E: de l'ordinateur (sous-dossier W puis sous /AS) 2- choisir l'onglet A=f(x)
3- fixer la longueur d'onde
4- Faire le blanc (calibrer) avec une cuve remplie d'eau distillée 5- noter la concentration à la place de x
6- prendre la mesure
7- recommencer pour les autres valeurs des concentrations
Information 4 : Comment réaliser un suivi cinétique ?
1- Lancer le logiciel Esaostudio.exe dans le lecteur E: de l'ordinateur (sous-dossier W puis sous AS) 2- choisir l'onglet "cinétique"
3- Faire le blanc (calibrer) avec une cuve remplie d'eau distillée 4- fixer l'intervalle de prise de mesure à 30s
5- Lancer les mesures
Partie I : Analyser et Réaliser
Proposer et mettre en œuvre un protocole permettant de réaliser le spectre d’absorption d’une solution de diiode.
Partie II : S’approprier
2. Parmi les longueurs d’onde disponibles sur le spectrophotomètre, indiquer celle que vous allez utiliser en justifiant votre choix.
3. À la longueur d’onde retenue, que doivent valoir l’absorbance de l’acide sulfurique, de la solution d’iodure de potassium et de l’eau oxygénée afin que l’étude cinétique puisse être réalisée correctement ?
Partie III : Réaliser
1. Rappeler les précautions opératoires à prendre lors de mesures d’absorbance. 2. Proposer une vérification orale au professeur des hypothèses formulées au II 3.
3. Réalisation de la courbe d’étalonnage (doc 3): l’absorbance est proportionnelle à la concentration selon la loi de Beer-Lambert.
Dans la salle, vous disposez de burettes d’eau distillée et de burettes contenant une solution S1 de
diiode de concentration C1 = 1,5.10-3 mol.L-1.
Dans des tubes à essais, préparer les mélanges suivants à l'aide des burettes :
Veauen mL 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0 VS1en mL 0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 C en I2 dans le mélange 0 3,0.10 -4 6,0.10-4 9,0.10-4 1,2.10-3 1,5.10-3 A 0
Après avoir bien homogénéisé les solutions obtenues, mesurer leur absorbance.
4. À l’aide d’un graphique approprié, montrer la validité de la loi de Beer Lambert. Déduire la relation qui permet de calculer la concentration en diiode d’une solution connaissant son absorbance.
5. Suivi cinétique (doc 4):
a) Calibrer le logiciel (faire le blanc), paramétrer la prise de mesure toutes les 30s . b) ATTENTION : Lancer la mesure au moment où vous réaliser le mélange suivant.
Dans un bécher, introduire 10,0 mL d’une solution S2 de peroxyde d’hydrogène acidifiée de
concentration C2 = 3,0.10-3 mol.L-1 et 10,0 mL de solution d’iodure de potassium de
concentration C3 = 2,5 .10-1 mol.L-1 . (prélèvement avec pipette au bureau du professeur)
c) Introduire rapidement (en moins de 30s) une partie de ce mélange dans une cuve du spectrophotomètre et la placer dans le spectrophotomètre. Le logiciel va prendre les mesures automatiquement. Arrêter les mesures lorsque l’absorbance n’évolue plus (une vingtaine de minutes, pendant ce temps passer à la question 6).
6. Avancement de la réaction : x(t) représente l’avancement en mol à une date t
Montrer à l'aide d'un tableau d'avancement que
50
2
t
I
t
x
où
I
2
t
est la concentration endiiode dans la solution à l’instant t.
En utilisant la courbe obtenue au 5), comment peut-on déterminer
I
2
t
?7. Dans l’atelier scientifique, en utilisant le "traitement de données" (affichage/traitement de données) faire tracer la courbe x(t).
8. Le temps de demi-réaction est la durée pour laquelle l’avancement de la réaction vaut la moitié de sa valeur finale. Utiliser la courbe obtenue pour déterminer le temps de demi réaction noté t1/2. Partie IV : Valider, critiquer
Un élève déclare qu’il n’est pas nécessaire de tracer la droite d’étalonnage pour déterminer le temps de demi-réaction, qu’en pensez-vous ?