Aurélie oct 2001

devoirs en terminale S

oxydation des ions I- par H2O2.

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On étudie le cinétique de la réaction d'oxydation des ions iodure I- par l'eau oxygénée H2O2 en milieu acide. Cette réaction est lente ; son equation-bilan est :

H2O2 +2I- +2H+ -->I2 +2 H2O

On prépare une solution S1 d'eau oxygénée de concentration C1 = 4,5.10-2 mol.L-1

A l'instant t = 0 min, on mélange dans un bécher les 100mL de la solution S1 avec 100mL d'une solution d'iodure de potassuim (K+ +I-) de concentration 0,2 mol.L-1 et 15 mL d'acide sulfurique de concentration 0,5mol.L-1. Pour avoir 10 échantillons identiques du mélange réactionnel initial, on répartit celui-ci dans 10 béchers à raisons de V = 20mL par bécher.

A l'instant t = 3min, on ajoute rapidement de la glace au premier bécher et on dose le diiode formé avec une solution de thiosulfate de sodium (2Na+ + S2O32-) de concentration C' = 0,1 mol.L-1, en présence d'empois d'amidon. Soit V' le volume de thiosulfate versé à l'équivalence.

Toutes les 3 minutes, on renouvelle l'opération précédente successivement sur le deuxième puis le troisième bécher, etc.

La réaction du dosage est rapide et totale. Son équation-bilan est :

I2 +2S2O32- -->2I- +S4O62-

  1. Montrer que dans le mélange de départ les ions iodure sont en excès.
  2. Pourquoi ajoute-t-on de la glace rapidement à l'instant t, à chaque bécher ?
  3. Montrer que la concentration du diiode apparu dans un bécher à l'instant t, est égale à :[I2](t) = ½C'.V' /V
  4. Les variations de la concentration [I2] en diiode en fonction du temps t sont représentées sur la courbe ci-après :

    Calculer la valeur de la concentration [I2] en diiode à la fin de la réaction.Faire apparaître cette valeur sur la courbe.

  5. On définit la vitesse de formation du diiode au temps t par v = d[I2] / dt
    - Déterminer graphiquement la vitesse v aux instants t1 = 5min et t2 = 15 min en justifant la méthode utilisée.
    - En déduire la vitesse de disparition de H2O2 à l'instant t2 = 15min.
    - Comment évolue la vitesse v de formation du diiode I2 au cours du temps?
    - Citer deux procédés permettant d'accélérer cette réaction.

 

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corrigé


quantité de matière initiale :

eau oxygénée : 0,1 *4,5 10-2 = 4,5 10-3 = 4,5 mmol.

ion iodure : 0,1 * 0,2 = 2 10-2 = 20 mmol

eau oxygénée
ion iodure
diiode
départ
4,5 mmol
20 mmol
0
en cours
4,5-x
20-2x
x
fin
0
20-2*4,5 =11 mmol
4,5 mmol
la réaction est terminée lorsque l'un au moins des réactifs a disparu

soit 4,5 - xmax=0 d'où xmax=4,5 mmol

soit 20-2 xmax=0 d'où xmax=10 mmol

l'avancement maximal est égal à 4,5 mmol: les ions I- sont en excès.

l'eau glacée provoque un blocage cinétique de la réaction d'oxydation des ions iodures par l'eau oxygénée.

à l'équivalence du dosage du diiode formé :

diiode
ion thiosulfate
coefficients équation
1
2
qté de matière (mmol)
n(I2)
C'V'

n(I2) = ½C'V'

le volume de chaque bécher est V (mL)

d'où : [I2] = ½C'V' / V mol /L

à la fin de la réaction: n(I2) = 4,5 mmol (voir tableau d'avancement ci dessus) dans 215 mL

[I2] fin = 4,5 / 215 = 0,021 mol/L.

à t= 5 min la vitesse de formation du diiode est égale à : 15 /12 = 1 mmol L-1 min-1.

à t= 15 min la vitesse de formation du diiode est égale à : 9 /24 = 0,37 mmol L-1 min-1.

Les coefficients étant identiques devant I2 et devant H2O2 dans l'équation bilan, la vitesse de disparition de H2O2 à t= 15 min est égale à la vitesse de formation du diiode à t=15 min. soit: 0,37 mmol L-1 min-1.

la vitesse de formation du diiode diminue au cours du temps car la concentration du réactif limitant diminue au cours du temps.

En travaillant à une température plus élevée, en utilisant un catalyseur, on augmentera la vitesse de formation du diiode.

 

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