1) Suivi de l‘évolution temporelle d‘un système chimique par titrage :
PROF: BACHAR MERYAM
I- SUIVI TEMPOREL D ‘ UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE
Afin de caractériser quantitativement l’évolution temporelle d’un système chimique, il est necessaire de connaître sa composition à Chaque instant. Diverses méthodes sont utilisées, citons par exemple :
. Suivi temporel par titrage : il permet de suivre révolution de l’un des réactifs ou des produits au cours du temps.
. Suivi temporel par conductimétrie : il permet de suivre l’évolution de la conductivité du milieu réactionnel au cours du temps.
SUIVI TEMPOREL D UNE TRANSFORMATION -VITESSE DE REACTION
Activité 1 Suivi de l‘évolution d‘une réaction chimique par le dosage :
1. Quelle est l’éspèce responsable de la coloration observée?
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2. comment expliquer l’évolution de cette coloration ?
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Activité 1 Suivi de l‘évolution d‘une réaction chimique par le dosage :
Partie A:
Dans un tbecher, on verse un volume V25 = 1ml d‘une solution incolore d‘eau oxygénée H2O2 de
concentration C0,1 = 1 mol/l puis avec précaution 25ml d‘acide sulfurique de concentration 0,5 mol/l et enfin un vnnnnn@olume V100 = 2ml d‘iodure de potassium (I-(aq) + K+(aq) ) de concentration C0,1 = 2 mol/l Après agitation, le mélange prend progressivement une coloration jaune, puis brune et après quelques minutes elle devient brune intense (Fig.1).
FIG.1
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SUIVI TEMPOREL D UNE TRANSFORMATION -VITESSE DE REACTION
t(min) V(S2O32- )
n(I2)=x
2 5 9 12 16
5,7ml 10,8ml 14ml 15ml 16,7
Partie B:
L‘instant t2 = 1min on prélève 5ml du mélange, puis on l‘ajoute dans becher contenant d‘eau glacée (cette opération s‘appelle une trempe, son but est d‘arrêter la réaction grâce à une dilution et un refroidissement simultanés)
On titre le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium (2Na+(aq) + S2O-32(aq) ) de concentration C = 0,01 mol/l, puis on note le volume de la solution ajoutée à l‘équilibre (Fig.2).
On refais les memes opérations pour d‘autres dates, les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau de mesure ci-dessous:
t(min) V(S2O32- )
n(I2)=x
2 5 9 12 16
5,7ml 10,8ml 14ml 15ml 16,7
FIG.2
(2Na+(aq) + S2O32-(aq) )
I
22. Donnez l’équation de dosage, puis exprimez la quantité de matière de I2 en fonction du volume ajouté à l’èquilibre VE et la concentration C de (2Na+(aq) + S2O-32(aq) ); on donne : I2 /I- et S4O-62/ S2O-32
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3. En déduire la relation entre n(I2) et l’avancement x de la réaction puis remplir le tableau précédent.
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1. tracez le tableau d’avancement de la réaction entre I- et H2O2
Il est possible de calculer l‘avancement de la réaction à la date t si l‘on connait la quantité de matière de l‘un des produits formés ou l‘un des réactifs restant à cette date.
4. Tracez la courbe d’avancement x en fonction du temps
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2) Suivi temporel de l‘évolution du système chimique par des mesures physiques :
SUIVI TEMPOREL D UNE TRANSFORMATION -VITESSE DE REACTION
t (min) x (mol)
Activité 2 Suivi d‘une transformation chimique par mesure de la pression:
Exemple: la réaction du magnésium Mg avec l‘acide chlorhydrique.
On réalise un dispositif expérimental (Fig.3), en utilisons un manomètre on relève la valeur de la pression tous les 30s, et on regroupe les résultats dans le tableau suivant :
1. Dressez le tableau d’avancement de cette réaction, shant que les deux couples sont Mg+2/Mg et H3O+/H2O
t (s)
P(hPa)0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
1013 1025 1036 1048 1060 1078 1079 1081 1087 1091 1093 1093
FIG.3
hPa
La mesure de la pression d’un gaz permet de suivre en continu l’évolution de l’avancement de la réaction.
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SUIVI TEMPOREL D UNE TRANSFORMATION -VITESSE DE REACTION
La solution (H3O+ + Cl-) de concentration C=0,5 mol/l, de volume V=50 ml et de masse m= 0,02g
t
(s)x
(mmol)t (s)
X(mmol)
0 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330
2. Etablir la relation entre la variation ΔP du gaz à l’intérieur du ballon et l’avancement x, la variation de la pression maximale ΔPmax et l’avancement maximale x
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3. Déterminer l’avancement de la réactions aux différents instants de mesure et tracer la courbe x = f(t);
Activité 3 Suivi d‘une réaction par mesure de la conductance:
Exemple: la réaction du -2chloro-2-méthyl-propane noté RCl avec un mélange eau-éthanol.
On verse, dans un bécher, 50 ml d‘eau distillée et 25 ml d‘alccol et placer ce bécher dans un bain-marie à
°20C, (Fig.4)
On ajoute à ce mélange 1ml de 2-chloro-2-méthyl-propane. Après agitation on relève, toutes les 200s, la conductivité σ (t) et on note les résultats dans le tableau suivant:
t (s) σ
(sm-1) X(mmol)0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 0 0,489 0,977 1,270 1,466 1,661 1,759 1,856 1,905 1,955 1,955
II- VITESSE DE RÉACTION ET TEMPS DE DEMI-RÉACTION
• La mesure de la conductivité permet de suivre en continu l'évolution de l'avancement de la réaction.
On considère les résultats de la réaction étudiée dans l’activité 1/Partie B.
1.Sachant que la vitesse de réaction est proportionnelle au Coefficient directeur de la tangente à la courbe x = f(t) à la date t, Calculer ce coefficient à l’instant t = 0 et à l’instant t = 30 min.
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2. Est ce que la vitesse de réaction augmente ou diminue au cours du temps?
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1) Vitesse de réaction :
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SUIVI TEMPOREL D UNE TRANSFORMATION -VITESSE DE REACTION
1. Dressez le tableau d’avancement de cette réaction
2. Exprimer l’expression de la conductivité en fonction de λH3O+ et λCl- et [H3O+ ] ...
3. Montrer que : x(t) = xmax .
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4. calculer n0 et en déduire l’avancement x(t) à chaque instant et tracer la courbe x = f(t)
avec xmax = n0(RCl) et σf la conductivité finale du mélange
t
(s)x
(mmol)FIG.4
σ (t) σf
On donne: M(RCl) = 92 g/mol et ρ= 0,85 g/cm3
III- FACTEURS CINÉTIQUES ET VITESSE DE RÉACTION
Définition:
La vitesse volumique de réaction, exprimée en unité de quantité de matière par unité de temps et de volume, est définie par la relation:
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Remarque:
Le plus souvent, le volume V de la solution est exprimé en litres : v est alors exprimée en mol. L-1 s-1 Pour une transformation très lente, v est exprimée en mol. L-1 min-1 ou mol. L-1 h-1,
concentration effective
On Peut exprimer la vitesse volumique de réaction en fonction de la variation de la concentration effective d'une espèce chimique.
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Définition:
Temps de demi-réaction tI/2 est la durée au bout de laquelle l'avancement x est égal à la moitié de l'avancement final :
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Dans le cas d’une transformation totale, le temps de demi-réaction est la durée nécessaire pour qu’il y ait disparition de la moitié de la quantité de matière initiale de réactif limitant : ...
Le temps de demi-reaction permet d’évaluer la durée néccessaire à I’achèvement de la transformation chimique étudiée (à peu prés 10 fois tI/2).
- La vitesse de réaction augmente quande la température augmente.
- Plus la concentration initiale des réactifs est grande:
• plus la vitesse de réaction est ...
• plus le temps de demi-réaction est ...
Méthodes de détermination de la vitesse volumique de réaction
- Méthode graphique : tracer la tangente à la courbe x = f(t) à la date t, calculer la valeur du coefficient directeur de cette tangente puis diviser par le volume V de solution .
- Utilisation d'un tableaur : à partir des valeurs de x, t et V, le tableaur calcule les valeurs de la vitesse v aux differentes dates.
Evolution de la vitesse de réaction au cours du temps
En général, la vitesse de réaction diminue au cours de l'évolutlion d'une transformation.
