TS –TP n° 4 – évaluation ÉTUDE DE LA CINÉTIQUE DE LA RÉDUCTION DU PEROXYDE D’HYDROGÈNE

PAR LES IONS IODURE.

I. PRINCIPE.

L’équation de la réduction de H2O2 par les ions iodure I- est : H2O2(aq) + 2 I-

(aq) + 2 H3O +(aq) I2 (aq) + 4 H2O (réaction lente)

On veut étudier expérimentalement cette réaction en déterminant la quantité de matière de diiode formé au cours du temps. Pour cela on utilise la réaction d’oxydo-réduction, très rapide entre le diiode I2 et les ions thiosulfate S2O3

2-(aq) (réaction ).

Données   : Couples rédox mis en jeu : H2O2(aq) / H2O  ; O2 / H2O2(aq)  ; I2 /I-

(aq) ; S4O6

2-(aq)  / S2O3

2-(aq)

L’empois d’amidon donne un complexe bleu avec du diiode.

II. MODE OPÉRATOIRE.

- Remplir la burette graduée avec la solution de thiosulfate de sodium (2Na+ + S2O32-) de concentration C2 =

0,10 mol.L-1 Appeler le professeur durant cette préparation- Placer dans l’erlenmeyer :

- A la date t = 0, verser un volume V0 = 10,0 mL d’eau oxygénée de concentration C0 = 0,10 mol.L-1 dans l’erlenmeyer (déclencher le chronomètre quand la moitié de l’eau oxygénée sera versée). La solution est toujours incolore.

- Noter le temps t1 d’apparition de la couleur bleue, sans arrêter le chronomètre et verser immédiatement 1,0 mL de solution de thiosulfate de sodium dans l’erlenmeyer, ce qui fait disparaître la couleur bleue.

- La couleur bleue réapparaît à la date t 2, verser à nouveau et immédiatement 1,0 mL de solution de thiosulfate…

- Répéter cette opération plusieurs fois de suite. Appeler le professeur lors d’une détermination.- Noter dans le tableau les dates t1, t2, …- Tracer la courbe donnant l’avancement de la réaction en fonction du temps : x = f(t)

TABLEAU DE MESURES

V (en mL) : Volume en ions thiosulfate

ajouté

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

x 10-5 (mol) Avancement de la

réaction

0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 50,0

t (en s) 0 t1 = t2 = t3 = t4 = t5 = t6 = t7 = t8= t9 = t10 =

V1 = 20 mL de la solution d’iodure de potassium (K+ + I-) de concentration C1 = 0,30 mol.L-1 introduit en excès

V2 = 1,0 mL de solution de thiosulfate de sodium, (2Na+ + S2O32-) à la

concentration C2 = 0,10 mol.L-1

20 mL d’une solution d’acide sulfurique (2H3O+,SO42-) à 0,1 mol.L-1.

1 mL d’empois d’amidon.

La solution est initialement incolore.

TS –TP n° 4 – évaluation ÉTUDE DE LA CINÉTIQUE DE LA RÉDUCTION DU PEROXYDE D’HYDROGÈNE

PAR LES IONS IODURE.QUESTIONS – EXPLOITATION - FEUILLE RÉPONSE

1. A propos du mode opératoire

a- Préciser la verrerie utilisée pour réaliser les différents prélèvements

Volume V1 de K+ + I- V = 1,0 mL de S2O32- 20 mL de H2SO4 V0 = 10,0 mL de H2O2

b- Qu’indique l’apparition de la coloration à la date t1 ?

c- Pourquoi la coloration bleue n’apparaît-elle pas tout de suite, bien que la réaction produise du diiode ?

d- Pourquoi la teinte bleue disparaît-elle lorsque l’on ajoute 1,0 mL de solution de thiosulfate de sodium ?

2. Étude de la réaction

a- Compléter le tableau d’avancement de la réaction (expression littérale et numérique)

Équation H2O2 + 2 I- + 2 H3O + I2 + 4 H2OÉtat initial (mol)

En cours de transformation

(mol)État final (mol)

b- Déterminer la quantité théorique de diiode formé lorsque la réaction sera terminée

3. Compréhension du tableau de mesures

a- Écrire l’équation de la réaction rapide entre le diiode et l’ion thiosulfate

b- Montrer que la quantité de matière en diiode formée par la réaction entre les dates t = 0 et t1 est donnée par la relation : n(I2)1 = C2 V / 2

c- En déduire que la quantité de matière en diiode formée par la réaction entre les dates t = 0 et t n est donnée par la relation n(I2)n = n C2 V / 2

d- En utilisant la réponse à la question 2.b-, déterminer le volume maximal de solution de thiosulfate de sodium que l’on peut ajouter pour réaliser cette étude.

e- La réaction est-elle terminée à la date t10 ?

4. Exploitation du graphe x = f(t)

a- Comment évolue la vitesse de la réaction au cours du temps ? Justifier votre réponse à partir des résultats de l’expérience.

b- Expliquer cette évolution

c- Peut-on déterminer, à partir de cette expérience, la date de demi-réaction t1/2 ? Justifier votre réponse.

TS - TP chimie n°4. ÉvaluationÉTUDE DE LA CINÉTIQUE DE LA RÉDUCTION DU PEROXYDE D’HYDROGÈNE PAR LES

IONS IODURE.

Produits.

Flacons compte-gouttes (élèves) :- empois d'amidon- acide sulfurique à 1 mol.L-1.Pissette d'eau distillée.

Solutions titrées - Thiosulfate de sodium à 0,10 mol.L-1.- Eau oxygénée à 0,10 mol.L-1 - Iodure de potassium à 0,30 mol.L-1

Verrerie.- 1 verre à pied- 1 burette graduée- 1 agitateur magnétique- 1 erlenmeyer- 3 béchers de 150 mL- 1 pipettes jaugées de 10,0 mL et 20,0 mL + propipette.- Éprouvette graduée de 20 mL- Chronomètre

PROPOSITION DE BARÈME

Partie expérimentale – 5 points

Burette : Rinçage 0,5 Bulles d’air 0,5 Niveau 0 0,5 Rangement 0,5

Ajout de 1 mL de thiosulfate correct

1

Détermination tn correcte 1Rangement final 0,5Organisation 0,5

Questions – exploitation – 15 points

1 point par question sauf tableau d’avancement 2 points

Résultats

V (mL) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11x *10-5 mol 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50t (s) 0 29 62 96 140 186 242 296 366 465 590