Dosage du diiode, cinétique chimique.

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Dosage de l'iode dans le Lugol ( antiseptique) : Une solution de Lugol est un antiseptique composé de diiode I2 que l'on dissout dans une solution de'iodure de potassium (K+ + I-). On se propose de téterminer la concentration molaire et le titre massique en diiode dans la solution commerciale étudiée. On effectue un dosage de cette solution par une solution aqueuse de thiosulfate de sodium (2Na+ + S2O32-) I- Préparation de la solution de thiosulfate de sodium : On désire préparer un volume V= 50,0 mL de la solution aqueuse de thiosulfate de sodium à la concentration C= 0,100 mol/L à partir du thiosulfate de sodium solide pentahydraté de formule Na2 S2O3, 5H2O. Calculer la masse de solide à peser et préciser le matériel à utiliser choisi dans la liste ci-dessous : Pipettes jaugées de 5 mL, 10 mL, 20 mL ; fioles jaugées de 50 mL, 100 mL, 200 mL ; éprouvettes graduées de 25 mL, 50 mL ; erlenmeyers de 50 mL, 100 mL ; bechers de 50 mL, 100 mL ; capsule, entonnoir, spatule, balance ; pissette d'eau distillée. I- Dosage : On place la solution aqueuse de thiosulfate de sodium préparée dans une burette graduée de 25 mL. On introduit dans un bécher un volume V0= 10,0 mL de la solution de Lugol. On ajoute 20 mL d'eau distillée puis quelques gouttes d'empois d'amidon. Parmi la liste ci-dessus, quelle verrerie doit-on utiliser pour mesurer le volume de la solution de Lugol et les 20 mL d'eau distillée? Justifier. Lors du dosage quelle espèce est oxydée ? et quelle espèce est réduite ? Ecrire les demi-équations électroniques correspondant aux deux couples mis en jeu lors du dosage étudié. En déduire que l'équation du dosage peut s'écrire : I2 + 2S2O32-= 2I- + S4O62- . L'équivalence est observée pour un volume versé VE= 8,0 mL de la solution de thiosulfate de sodium. Comment se manifeste cette équivalence ? Expliquer le rôle de l'empois d'amidon. III- Exploitation : Ecrire la relation entre la quantité de matière n(I2) de diiode apporté par la prise d'essai et la quantité de matière n(S2O32-) d'ions thiosulfate versés à l'équivalence. Montrer que la concentration C0 en diiode de la solution commerciale de Lugol peut alors s'écrire : C0 = CVE / (2V0). Calculer C0 et en déduire la masse de diiode par litre de solution. Masse de solide à peser et le matériel à utiliser : masse molaire Na2 S2O3, 5H2O : M= 2*23+2*32,1+3*16+5*18 =248,2 g/mol Quantité de matière (mol) = volume (L) * concentration (mol/L) = VC= 0,05*0,1 = 5 10-3 mol masse (g) = quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol) = 5 10-3 * 248,2 =1,24 g. capsule, entonnoir, spatule, balance ; pissette d'eau distillée, fiole jaugée de 50 mL. Verrerie à utiliser pour mesurer le volume de la solution de Lugol et les 20 mL d'eau distillée : Pour mesurer un volume précis V0= 10,0 mL ( 3 chiffres significatifs) on utilise pipette jaugée de 10,0 mL. Pour mesurer un volume peu précis, 20 mL d'eau distillée, on utilise une éprouvette graduée de 50 mL.     Demi-équations électroniques correspondant aux deux couples mis en jeu : Lors du dosage S2O32- est oxydé ; I2 est réduit. 2S2O32- =S4O62- + 2e- (1) oxydation du réducteur le plus fort. I2 +2e- = 2I- (2) réduction de l'oxydant le plus fort En ajoutant (1) et (2) on écrit l'équation du dosage : I2 + 2S2O32-= 2I- + S4O62- . L'équivalence est observée pour un volume versé VE= 8,0 mL de la solution de thiosulfate de sodium. Avant l'équivalence, dans le becher, le diiode est en excès ; après l'équivalence l'ion thiosulfate est en excès. rôle de l'empois d'amidon : indicateur de fin de réaction en présence de diiode , l'empois d'amidon forme un complexe de couleur violet foncé ( couleur de la solution avant l'équivalence) ; après l'équivalence, toutes les espèces sont incolores. Un changement de teinte est observé à l'équivalence. Exploitation : Relation entre la quantité de matière n(I2) de diiode apporté par la prise d'essai et la quantité de matière n(S2O32-) d'ions thiosulfate versés à l'équivalence : I2 + 2S2O32-= 2I- + S4O62- D'après les coefficients stoechiométriques de l'équation ci-dessus : n(S2O32-) = 2 n(I2) Or n(S2O32-) = CVE et n(I2) = C0V0 ; CVE = 2 C0V0 La concentration C0 en diiode de la solution commerciale de Lugol peut donc s'écrire : C0 = CVE / (2V0). Calcul de C0 : 0,1 * 8 / (2*10 ) = 4,00 10-2 mol/L. Masse de diiode par litre de solution : C0*M(I2 ) = 0,04*2*126,7 = 10,1 g/L. On mélange dans un bécher 100 cm3 d’une solution de concentration molaire 2.10-2 mol.L-1 d’iodure de potassium KI et 100 cm3 d’une solution de concentration molaire 10-2 mol.L-1 de peroxidisulfate de potassium K2S2O8 (réaction 1). La solution devient jaunâtre par suite de l’apparition progressive d’iode. On se propose d’étudier la vitesse de formation du diiode en fonction du temps. Pour cela, on opère des prélèvements de 10 cm3 du milieu réactionnel aux différents temps t. La réaction de formation du diiode dans les prélèvements est arrêtée par dilution dans de l’eau distillée glacée. On dose alors l’iode présent dans les prélèvements au moyen d’une solution titrée de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration molaire 0,01 mol.L-1, cette réaction de dosage étant supposée instantanée (réaction 2). Données : E° ( S2O82- / SO42- ) =2,01 V ; E° ( S4O62- / S2O32- ) =0,08 V ; E° ( I2 / I- ) =0,62 V. Ecrire les équations-bilan des réactions 1 et 2. S2O82- +2e-= 2SO42-  ; 2I-  = I2 +2e- . S2O82- +2I- = 2SO42-  + I2  (1). 2S2O32- =S4O62- +2e- ; I2 +2e- = 2I-  ; 2S2O32- + I2 = S4O62- + 2I-  (2). On mesure le volume V de solution de thiosulfate de sodium versé dans chacun des prélèvements du milieu réactionnel. Etablir la relation liant la concentration molaire du diiode formé en fonction du volume V (en cm3). n(I2) =½ n(S2O32-)  = 0,5 C V = 0,5*0,01 V= 5 10-3 V ( mmol) Compléter la 3è ligne du tableau suivant. [I2] = 5 10-3 V / volume prélevement = 5 10-3 V / 10 = 5 10-4 V mol/L t(min) 2,7 7,5 12 18 25 33 40 56 V(mL) 1,1 3,2 4,6 6,2 7,4 8,4 9,0 9,7 [I2] mol/L 5,5 10-4 1,6 10-3 2,3 10-3 3,1 10-3 3,7 10-3 4,2 10-3 4,5 10-3 4,8510-3 Tracer la courbe [I2]= f(t). Echelle : 1 cm pour 5 min et 1 cm pour 5.10-4 mol.L-1. Déterminer graphiquement la vitesse instantanée de formation du diiode à volume constant, aux temps t1 = 0 min et t2 = 20 min. Comment varie-t-elle au cours du temps ? Pourquoi ? Déterminer le coefficient directeur de la tangente à la courbe au point considéré. D’après l’allure de la courbe, quelle sera la concentration molaire du diiode obtenu au bout d’un temps infini ? [I2] infini =5 10-3 mol/L. Définir le temps de demi-réaction et déterminer graphiquement sa valeur. Le temps de demi-réaction t½ est la durée au bout de laquelle l'avancement est égal à la moitié de l'avancement final xf. le volume étant constant : [I2] t½ =0,5 [I2] infini =2,5 10-3 mol/L.

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