Principe de la manipulation

http://lefevre.pc.free.fr

TP Chimie 1 Etude cinétique d’une transformation

par une méthode chimique TS

Objectifs : - Mettre en évidence le paramètre temps en chimie par le suivi de l'oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée en milieu acide - Tracer la courbe d’évolution de l’avancement

x

de la réaction en fonction du temps

Principe de la manipulation

On étudie l'oxydation lente des ions iodures I^-_(aq) par l’eau oxygénée H₂O_2(aq) en milieu acide. Lors de cette transformation, il se forme du diode I_2(aq) .

Ecrire la réaction d’oxydoréduction mise en jeu dans cette manipulation. Elle sera notée (1) par la suite.

Données : couples ox/red : I2(aq) / I^-(aq) et H2O2(aq) / H2O(l)

(1)

Comment peut-on voir expérimentalement que du diiode se forme au cours de la transformation (1) ?

On souhaite connaître précisément l’évolution de l’avancement

x

de cette transformation (lente) au cours du temps. On suit donc cette transformation en effectuant des prélèvements successifs et en titrant le diiode formé. Celui-ci est dosé à l’aide d’une solution titrante de thiosulfate de sodium (Na⁺_(aq) + S₂O₃^2-_(aq)).

Ecrire la réaction d’oxydoréduction mise en jeu lors de ce titrage. Elle sera notée (2) par la suite.

Données : couples ox/red : I2(aq) / I ^-(aq) et S4O62-

(aq) / S₂O₃^2-_(aq)

(2)

Cette transformation (2) est-elle lente, rapide ou instantanée ?

Définir l’équivalence dans le cas de cette réaction de titrage.

Comment repère-t-on expérimentalement l’instant à l’équivalence ?

Remarque importante : Il faut donc bien faire la différence entre l’équation chimique (1) de la transformation étudiée et l’équation chimique (2) qui est l’outil permettant de suivre son évolution au cours du temps.

Manipulation

Préparation du dispositif de titrages successifs :

•••• Préparer deux béchers de 100 mL contenant environ 20 mL d'eau glacée et quelques gouttes d'empois d'amidon.

•••• Préparer une burette graduée avec une solution de thiosulfate de sodium de concentration Cb = 2,5.10^-3 mol.L^-1

.

•••• Remplir un bécher de cette même solution servant de réserve afin de compléter la burette de thiosulfate de sodium jusqu'au zéro entre chaque dosage.

•••• Préparer l’agitateur magnétique et l’ensemble du dispositif de dosage de façon à aller vite à chaque dosage.

Préparation du mélange réactionnel :

•••• A l’aide d’une fiole jaugée parfaitement propre, préparer 50,0 mL de solution d'eau oxygénée de concentration 1,0.10^-2 mol.L^-1.

•••• Dans un bécher de 250 mL, verser et mélanger :

- 50,0 mL d'iodure de potassium à 0,20 mol.L^-1 (mesuré à l’aide d’une fiole jaugée de 50,0 mL)

- 5,0 mL d'acide sulfurique à 1,0 mol.L^-1

•••• A la date t₀ = 0, en déclenchant le chronomètre, y ajouter les 50,0 mL d'eau

oxygénée. Agiter légèrement.

Si possible, entre chaque dosage, compléter la burette de thiosulfate de sodium jusqu'à zéro !

Réalisation des mesures :

•••• Peu avant la date t1 = 1 min, prélever rapidement V0 = 5,0 mL du mélange.

•••• À t1 = 1 min, verser le volume V⁰ dans un bécher

contenant l'eau glacée et l’empois d’amidon.

•••• Introduire un barreau aimanté dans le bécher, mettre l'agitation magnétique

en marche et doser précisément cette solution avec la solution titrante de thiosulfate de sodium contenu dans la burette.

•••• Noter le volume V_bE de thiosulfate de sodium versé à l’équivalence.

•••• Au plus vite, réitérer l'opération pour remplir le tableau ci-dessous.

t [min] 1 3 5 8 12 15 20 25 35 50

VbE [mL]

Exploitation des résultats

1. Pourquoi ajoute-t-on au départ de l’acide sulfurique dans le mélange réactionnel ?

2. Pourquoi verse-t-on chaque prélèvement dans l'eau glacée avant de réaliser chaque dosage ?

3. Compléter le tableau descriptif de l’évolution de l’oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée sans chercher à calculer n (H2O2)i et n (I^-)i.

en mol

état du syst. avancement

→

E.I. 0 n (H₂O₂)_i n (I^-)_i excès 0 excès

en cours x excès excès

E.F. x_max excès excès

4. En déduire la relation entre l’avancement

x

et la quantité de matière de diiode à la date t n(I2)t.

5. En utilisant l’équation chimique du titrage, donner la relation entre la quantité de diiode titrée n (I₂)_t et la quantité de thiosulfate versée à l’équivalence n(S₂O₃^2-)_{E .}

6. En déduire que

2 .

_bE

b

V

x = C

à chaque instant et compléter alors le tableau suivant :

t [min] 1 3 5 8 12 15 20 25 35 50

x

[

µ

mol]

7. Construire, sur papier millimétré, la courbe donnant l’avancement de la réaction en fonction du temps

x

= f( t ).

8. Comment interpréter l’allure de la courbe ?

9. Vérifier que, dans les conditions de l'expérience, le réactif limitant de la réaction (1) étudiée est H₂O_2(aq).

10. Calculer la valeur de l’avancement maximale

x

_max de la réaction chimique (1) 11. Déterminer le temps de demi réaction

τ

_1/2 , c'est-à-dire le temps nécessaire

pour que l’avancement

x

atteigne la moitié de sa valeur maximale

x

_max .

Pour les plus rapides :

- Déterminer la vitesse de réaction aux 3 dates t = 0 , 20 et 50 min en supposant que le volume global de la solution n’a pas varié (donc de volume initial V = 105 mL).

- Comment évolue cette vitesse au cours du temps ?

Veillez à avoir toujours un bécher

d’eau glacée avec l'empois d'amidon

prêt d'avance !

Echelle proposée : 1 cm <-> 4 min 1 cm <-> 2 µmol