EXERCICE III - SUIVI CINÉTIQUE PAR CONDUCTIMÉTRIE
On se propose d'étudier, par conductimétrie, la cinétique de l'hydrolyse du 2-
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SUIVI CINÉTIQUE PAR CONDUCTIMÉTRIE (4 points)
Bac S 2012 Métropole HYPERLINK "http://labolycee.org" http://labolycee.org
On se propose détudier, par conductimétrie, la cinétique de lhydrolyse du 2-chloro-2-méthylpropane qui est noté RCl .
On suppose que la seule réaction qui a lieu au cours de la transformation étudiée a pour équation :
RCl (l) + 2 H2O (l) = ROH (aq) + H3O+ + Cl (aq) réaction (1)
ROH représente le 2-méthylpropan-2-ol qui est produit au cours de la transformation. EMBED CorelPhotoPaint.Image.8
Protocole :
Le 2-chloro-2-méthylpropane (RCl) est peu soluble dans leau mais il est très soluble dans un mélange eau - acétone en proportions appropriées.
Le mélange réactionnel initial est réalisé en versant une quantité de matière ni(RCl) = 9,1 ( 10 3 mol de 2 chloro-2-méthylpropane (RCl) dans un mélange eau acétone. Le volume total de la solution dans le bécher est V = 50,0 mL.
Leau présente est en très large excès.
Questions préliminaires
On propose dans le tableau A2 DE LANNEXE à rendre avec la copie des affirmations concernant le taux davancement final dune réaction et léquilibre chimique.
Compléter ce tableau en répondant par VRAI ou FAUX en toutes lettres et en justifiant brièvement les réponses.
Compléter le tableau A3 DE LANNEXE à rendre avec la copie à laide dexpressions littérales en respectant les notations de lénoncé.
On négligera la quantité initiale dions H3O+ due à lautoprotolyse de leau.
Suivi cinétique de la transformation par conductimétrie
La transformation modélisée par la réaction (1) peut être suivie par conductimétrie dans une enceinte thermostatée à la température de 40°C.
Pour cela, on plonge dans le bécher contenant le mélange eau - acétone une cellule conductimétrique préalablement étalonnée. On déclenche le chronomètre à linstant où on ajoute le 2-chloro-2-méthylpropane (RCl) dans le mélange et on mesure la conductivité ( de la solution à différentes dates.
Les résultats obtenus permettent de tracer la courbe dévolution de lavancement x de la réaction en fonction du temps (FIGURE A4 DE LANNEXE).
On considère que létat final est atteint à partir de la date t = 60 min.
Pourquoi peut-on effectuer un suivi conductimétrique de cette transformation ?
Courbe dévolution temporelle de lavancement x de la réaction
Lexpression littérale de la conductivité ( d'une solution en fonction des concentrations molaires effectives [ Xi ] des ions présents dans cette solution est donnée par la relation :
EMBED Equation.3
(i appelé conductivité molaire ionique est une constante dont la valeur dépend de lion Xi .
Donner lexpression littérale de la conductivité ( de la solution en considérant que seuls les ions oxonium H3O + et chlorure Cl , produits par la réaction (1), interviennent.
Déduire des questions 1.2. et 2.2.1. lexpression de la conductivité ( de la solution à la date t en fonction de lavancement x de la réaction, du volume V de la solution et des conductivités molaires ioniques des ions oxonium »H3O+ et chlorure »Cl -.
Exploitation de la courbe d évolution temporelle de l avancement x de la réaction
On rappelle l expression de la vitesse volumique de réaction : EMBED Equation.DSMT4 , où V représente le volume du mélange réactionnel.
Définir le temps de demi-réaction noté t1/2.
Déterminer graphiquement t1/2 SUR LA FIGURE A4 DE lANNEXE. On fera apparaître clairement la construction graphique.
Comparer, sans nécessairement les calculer, les vitesses volumiques de réaction v0, v20 et v65 respectivement aux instants t0 = 0, t20 = 20 min et t65 = 65 min.
Justifier par un tracé graphique SUR LA FIGURE A4 DE lANNEXE.
Quel est le facteur cinétique responsable de la variation de la vitesse volumique ? Expliquer.
Tracer, SUR LA FIGURE A4 DE lANNEXE, lallure de la courbe pour une température supérieure à 40°C. Justifier.
ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE
ANNEXE DE LEXERCICE III
Vrai ou FauxBrève justificationLorsque létat déquilibre chimique dun système est atteint, les espèces chimiques arrêtent de réagir entre elles au niveau microscopique.Dans le cas dun équilibre chimique, le taux davancement final change si on augmente la quantité de lun des réactifs.Lorsque létat déquilibre chimique dun système est atteint, le taux davancement final est toujours
égal à 1.
Tableau A2. Affirmations concernant le taux davancement final dune réaction
et léquilibre chimique.
ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE
ANNEXE DE LEXERCICE III
Équation chimique
de la réaction
RCl (l) + 2 H2O (l) = ROH(aq) + H3O + + Cl ð ð ð-ð(aq)
État du systèmeAvancement
en molQuantités de matière en molÉtat initialx = 0
En
excès
Au cours de la transformationxÉtat finalxfÉtat final si transformation totalexmax
Tableau A3. Tableau descriptif de l év
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EMBED Visio.Drawing.5
Figure A4. Courbe dévolution de lavancement au cours du temps
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