Aurélie 05/06

Oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée d'après concours ESSA 2001

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oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée (4,5 pts)

l'équation bilan est : H2O2 + 2I- +2H3O+= 4H2O+I2.

  1. On donne les potentiels standarts des couples redox E° (H2O2/H2O) = 1,77 V et E°(I2/I-)=0,54 V. Ecrire les deux demi-équations d'oxydo-réduction correspondant aux couples envisagés et établir l'équation bilan de la réaction.
  2. A l'instant t=0, on réalise des mélanges identiques dans plusieurs tubes à essais, chaque tube contenant :
    - un volume V1= 4 mL d'une solution S1 d'eau oxygénée dans laquelle [H2O2]=2,0 10-1 mol/L ;
    - un volume V2 = 5,0 mL d'une solution S2 d'iodure de potassium dans laquelle [I-]= 1,0 10-1 mol/L ;
    - un volume V3 = 1,0 mL d'une solution S3 d'acide sulfurique dans laquelle [H3O+]= 1,0 mol/L.
    A différentes dates on place l'un des tubes dans un bain d'eau glacée puis on y dose le diiode formé. On peut alors tracer le diagramme donnant la concentration en diiode en fonction du temps.

    - Pourquoi refroidir le tube avant le dosage du diiode ?
    - Calculer les quantités (moles) de peroxyde d'hydrogène, dion iodure et d'ion oxonium initialement introduits dans chaque tube à essais.
    - En déduire le réactif limitant.
    - Calculer la concentration en diiode dans un tube à la fin de la réaction et en déduire que cette valeur n'a pas été atteinte dans le cadre de l'expérience réalisée.
    - Définir le rendement de la réaction en diiode formé et le calculer à la date t= 6 min.
    - Définir par une relation littérale, la vitesse de formation du diiode
    - Déterminer la valeur de la vitesse de formaton du diiode à la date t= 6 min ( en mol L-1 min-1) en expliquant la méthode utilisée.

corrigé
les deux demi-équations d'oxydo-réduction correspondant aux couples envisagés

2I- =I2 + 2e- oxydation

H2O2 +2e- +2H3O+= 4H2O réduction

l'équation bilan de la réaction : H2O2 + 2I- +2H3O+= 4H2O+I2.

refroidir le tube avant le dosage du diiode : on réalise un blocage cinétique.

Quantités de matière initiales : n0(H2O2)= V1 [H2O2] = 4*0,2 = 0,8 mmol

n0(H3O+)= V3 [H3O+] = 1*1 = 1 mmol ; n0(I-)= V2 [I-] =5*0,1 = 0,5 mmol

à partir de 0,8 mmol d'eau oxygénée il faut 1,6 mmol d'ion iodure et 1,6 mmol d'ion oxonium : or on ne dispose que de 0,5mmol d'ion iodure ; ce dernier est en défaut et constitue le réactif limitant.

concentration en diiode dans un tube à la fin de la réaction : nf(I2 ) = ½n0(I-)= 0,25 mmol

volume total du mélange : 4+5+1 = 10 mL ; [I2]f = 0,25/10= 2,5 10-2 mol/L

Cette valeur n'est pas atteinte ( sur le graphe on lit à t= 6 min , [I2]f =10-2 mol/L) ; la réaction n'est pas encore terminée.

rendement de la réaction en diiode formé à t = 6 min : concentration réelle / concentration thèorique *100 = 0,01 / 0,025 *100 = 40%

vitesse de formation du diiode : 1/V dx/dt = d[I2]/dt avec V : volume du mélange réactionnel et x avancement (mol)

valeur de la vitesse de formaton du diiode à la date t= 6 min

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