COMMENT SUIVRE LA CINÉTIQUE D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE ?
Objectifs :
On se propose de suivre la cinétique d’une transformation chimique par spectrophotométrie visible : pour utiliser cette méthode l’un des réactifs ou produits de la transformation étudiée doit être une espèce colorée.
PRINCIPE
L'équation de la réduction de l’eau oxygénée par les ions iodure s'écrit : H2O2(aq) + 2 H+
(aq) +2 I-
(aq) 2 H2O + I2 (aq)
(1) : réaction lente
On se propose de suivre la cinétique de cette réaction en suivant la concentration en diiode par spectrophotométrie.
Remarque : en toute rigueur, ce n’est pas le diiode qui est formé mais l’ion triiodure I3- obtenu par réaction du diiode sur les ions iodure suivant l’équation : I- + I2 (aq)= I3-: dans la manipulation, les ions iodure sont placés en net excès si bien que tout le diiode est entièrement transformé en ion triiodure. Cette transformation est très rapide et donc sans incidence sur la cinétique de la transformation (1) si bien que l’on se contente de modéliser la transformation des ions iodure avec l’eau oxygénée sous la forme de l’équation (1).
1- ÉTUDE DU SPECTRE D’ABSORPTION DU DIIODE
Le spectre du diiode (à environ 1,00.10-3 mol.L-1) est donné par la courbe ci-dessous.
Avec le colorimètre, on travaillera avec un filtre à = 440 nm.
Répondre aux questions sur la fiche-réponses.
3- ÉTUDE CINÉTIQUE
A- Initialisation du colorimètre : cette opération devra être répétée avant chaque étude cinétique.
Mettre en service le colorimètre ; sa sortie analogique est raccordée à un voltmètre numérique.
Placer le filtre de 440 nm
Effectuer le réglage du zéro d'absorbance du colorimètre, appelé aussi mesure du blanc à l'aide du solvant (eau). Pour cela, placer la cuve remplie d'eau dans le porte cuve, placer le cache, placer le commutateur sur T (mesure de
transmittance), régler la tension de sortie à 1V (qui sera considéré comme 100 %) par les 2 potentiomètres (réglage grossier au-dessus, réglage fin au-dessous).
Replacer le commutateur sur A (absorbance).
Relier les deux bornes du colorimètre aux voies EA0 et masse de l’interface Eurosmart.
Bien lire toute la suite AVANT de commencer à manipuler !
B- Configuration de l’acquisition par logiciel
Lancer le logiciel Synchronie
Régler la configuration de saisie (ci-contre) C- Opérations à répéter pour chaque étude cinétique :
Dans un bécher 1, verser successivement les volumes mesurés avec la burette (voir tableau ci-dessous) :
- d’eau
- d’acide sulfurique - d’iodure de potassium
Dans un bécher 2 préparer le volume (mesuré à la burette) d’eau oxygénée conformément aux indications du tableau ci-dessous.
Attention de ne pas renverser de la solution dans ou sur le colorimètre.
Eau distillée Acide sulfurique Iodure de potassium Eau oxygénée c = 0,5 mol.L-1 c2 = 0,200 mol.L-1 c1 = …………..
Expérience 1 0 mL 5 mL 10 mL 10 mL
Expérience 2 5 mL 5 mL 5 mL 10 mL
Expérience 3 5 mL 5 mL 10 mL 5 mL
Rapidement :
Verser le volume d’eau oxygénée dans le bécher 1 (agiter légèrement, la solution sera homogénéisée).
Remplir la cuve spectrophotométrique (sans la remplir jusqu’au bord !)
Placer la cuve dans le colorimètre.
Lancer l’acquisition par F10.
Placer le cache noir sur la cuve.
A la fin de chaque expérience noter la valeur de l’absorbance finale Afinale dans le tableau de la feuille-réponses.
Noter la concentration de la solution d’eau oxygénée sur la fiche-réponses.
Dans chaque cas, sauvegarder le fichier dans le dossier professeur (nom du fichier = nom_élève _1 puis nom_élève _2,exp_) (Indiquer les noms des fichiers au début du compte-rendu).
Commandes de Synchronie 2000 Configuration de l’acquisition Menu Paramètres - Entrées
Voie 0 : Automatique Style : choisir
+
Afficher dans la fenêtre 1 Calibre : -5/+5 V Menu Paramètres Acquisitions Réglages :
Points : 500 Durée
Échantillon 4 s Total : 2000 s Déclenchement : Automatique.
Courbes : Ajouter Menu Fenêtres - Échelle/Abscisses
Echelle en Y
Minimum : 0 Maximum : 2
D- Modélisation de la courbe A = f(t) Indications théoriques :
La modélisation consiste à ajuster une fonction appropriée aux valeurs expérimentales. Dans cette expérience, le réactif limitant étant l’eau oxygénée, la fonction est une exponentielle croissante du temps. Le logiciel calcule les paramètres A_max et tau de la fonction en minimisant les écarts aux valeurs expérimentales. Pour que l’algorithme de calcul puisse commencer et aboutir il faut indiquer des valeurs vraisemblables à chacun des paramètres calculés.
La fonction modèle est de la forme : A = A_max*(1 - exp(-(t+t0)/tau)) ; Pour cette fonction, lorsque t , A A_max.
t0 représente la durée entre le début effectif de la réaction et le début des mesures.
Les propriétés de la fonction exponentielle permettent de montrer que : - le paramètre tau est relié au temps de demi-réaction t1/2 par la relation :
t1/2 = tau.Ln 2 = 0,693.tau
- la tangente à l’origine t = 0 coupe l’asymptote horizontale à la courbe exponentielle en un point d’abscisse t = tau.
Protocole
Effectuer la modélisation en utilisant les commandes ci-contre.
Répondre aux questions de la feuille-réponses.
Commandes de Synchronie 2000 Modélisation
Menu Traitements - Modélisation Renseigner les rubriques :
Variable à modéliser : Nom : EA0 Définition du modèle :
Nom : Modèle
Fonction.... sélectionner autre fonction Y = A_max*(1-exp(-(t+t0)/tau)) Cliquer sur calculer
Donner des valeurs vraisemblables à A_max, t0 et tau dans la colonne
Estimation (Respectivement 1 ; 10 et 200 devraient convenir).
Cocher Actif pour les 3 valeurs.
Cliquer sur optimiser
Noter les valeurs de A_max, tau et t0 calculées (Valeurs finales)
Sortir par Quitter.
Nom : ……….. Coéquipier : ………
Noms des fichiers : ……….
N° ordinateur : ……..
SUIVI DE LA CINÉTIQUE D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE PAR SPECTROPHOTOMETRIE
1- ÉTUDE DU SPECTRE D’ABSORPTION DU DIIODE
a) En examinant le spectre d’absorption du diiode, indiquer si le suivi cinétique effectué en choisissant un filtre de 440 nm est pertinent ?
b) Quelle est la couleur du filtre placé dans le colorimètre ? Expliquer le choix du filtre de cette couleur ?
2- COURBE D’ÉTALONNAGE D’UNE SOLUTION DE DIIODE Équation de la courbe A = f(c) : ……….
Cette relation linéaire est-elle vérifiée pour toutes solutions de diiode ?
3- ÉTUDE CINÉTIQUE
a) Établir le tableau descriptif du système et pour chaque expérience, en déduire, le réactif limitant et les réactifs en excès.
H2O2(aq) + 2 H+
(aq) + 2 I-
(aq) 2 H2O + I2 (aq)
État initial
(expressions littérales) État d’avancement x État avancement max Exp1 : État avancement max Exp2 : État avancement max Exp3 : État avancement max
Indiquer les expressions littérales dans les 3 premières lignes et les valeurs numériques dans les 3 lignes suivantes.
b) À partir de la concentration de l’eau oxygénée c1 = ………., en déduire la Cfinale /mol.L
c) En utilisant la valeur de l’absorbance finale relevée sur la courbe calculer la concentration finale C’finale de la solution. Est- elle cohérente avec la concentration finale calculée en b) ?
d) Déterminer t1/2 pour chaque transformation chimique étudiée et remplir le tableau ci-dessous : Expérience 1 Expérience 2 Expérience 3 t1/2 /s
Commenter les résultats expérimentaux obtenus.
e) À quel moment de la transformation, la vitesse est-elle la plus grande ? Expliquer votre réponse.
D- Modélisation de la courbe A = f(t)
Questions : compléter le tableau en répondant aux questions Indiquer les valeurs de A_max, t0 et tau calculées par le logiciel.
Afinale C’finale /mol.L
Expérience Expérience Expérience
A_max t0 tau Équation modèle t1/2
Exp. Exp. Exp.
