Aurélie 09/02

étude cinétique par conductimétrie

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On s'intéresse à la réaction d'oxydoréduction entre les ions peroxodisulfate S2O82- et les ions iodures I- en solution aqueuse.

couples oxydant / réducteur : S2O82- / SO42- et I2 / I-.

Dans un bécher on introduit un volume V1 = 40 mL d'une solution aqueuse de peroxodisulfate de potassium ( 2K+ ; S2O82-) de concentration C1 = 0,1 mol/L et à l'instant t=0, on ajoute V2 = 60 mL d'une solution d'iodure de potassium ( K+ : I-) de concentration C2 = 0,15 mol/L. On obtient la courbe suivante :

  1. Ecrire les demi-équations électroniques pour chacun des deux couples qui interviennent dans cette réaction.
  2. En déduire l'équation de la réaction entre les ions peroxodisulfates et les ions iodures.
  3. En notant x l'avancement de la réaction à l'instant t, donner les expressions des concentrations des divers espèces présentes dans le mélange en fonction de x et du volume V de la solution. On négligera les ions oxonium et hydroxyde minoritaires devant les autres ions.
  4. On rappelle que la conductance G d'une telle solution a pour expression:
    G= k( l1[S2O82- ]+l2[I- ]+l3[SO42- ]+l4[K+ ]) où les li représentent les conductivités molaires ioniques ( qui ne dépendent que de la nature de l'ion et de la température) et k la constante de cellule.
    Montrer que la relation entre la conductance G et l'avancement x de la réaction est de la forme : G= 1/V(A+Bx) où V est le volume constant de la solution et A et B des constantes. A = 1,9 mS L et B= 42 mS L mol-1.
  5. Définir la vitesse volumique de la réaction en fonction de l'avancement x. En déduire sont expression en fonction de G.
  6. A l'aide du graphique, déterminer la valeur de la vitesse volumique à la date t = 1 min.
  7. Déterminer la valeur de xmax de l'avancement maximale de la réaction.
  8. En utilisant le résultat précédent, déterminer graphiquement l'instant à partir duquel on peut que considérer la réaction est terminée.
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corrigé
réduction de l'ion peroxodisulfate : S2O82- + 2e- -->2SO42-

oxydation de l'ion iodure : 2I- -->2e- + I2.

S2O82- +2I- -->2SO42-+ I2.
S2O82-
+2I-
-->2SO42-
+ I2
initial
40*0,1 = 4 mmol
60*0,15 = 9 mmol
0
0
en cours
4-x
9-2x
2x
x
fin
4-xmax=0

xmax=4 mmol
9-2xmax=1 mmol
2xmax=8 mmol
xmax=4 mmol
à la date t, concentration des espèces présentes :

[S2O82-] = (4-x)/V

[I- ] = (9-2x)/V

[SO42-] = 2x/V

[I2] = x/V

[K+]=(40*0,1*2+60*0,15) / 100 = 0,17 mol/L

G= k/V(l1(4-x)+l2(9-2x)+l32x+l40,017)

G= k/V(4l1+9l2+0,017l4+ (2l3 -l1-2l2)x).

vitesse volumique de la réaction : v = 1/ V dx/dt

G= 1/V (A+Bx); dériver par rapport au temps cette expression

dG/dt = B/V dx/dt soit v = 1/B dG/dt.

v (t=1 min) = 1/42*0,0108 = 2,57 10-4 mol L-1 s-1.

si dG/dt = 0 (tangente horizontale) la vitesse de la réaction est nulle ; la réaction est alors terminée.

lecture graphe : à partir de t = 2 min la réaction peut être considérée comme terminée.

 

à suivre ...
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