Exo 1 étude cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée (6,5pts)
Réunion 2007 Exercice 1 Étude cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée (6
,5pts). Calculatrice interdite Correction http://labolycee.org ©. Partie 1 : Étude ...
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Réunion 2007 Exercice 1 Étude cinétique de la dismutation de leau oxygénée (6,5pts)
Calculatrice interdite Correction http://labolycee.org ©
Partie 1 : Étude de réaction de dismutation
1. Couple H2O2 (aq) / H2O (l) H2O2 (aq) + 2 e + 2 H+(aq) = 2 H2O(l)
Couple O2 (g) / H2O2 (aq) O2 (g) + 2 e + 2 H+(aq) = H2O2 (aq)
2.
équation chimique 2 H2O2(aq) = 2 H2O(l) + O2(g)État du systèmeAvancement (en mol)Quantités de matière (en mol)État initialx = 0n0 (H2O2)n0 (O2)= 0Etat en cours de transformationx (t)nt(H2O2) = n0(H2O2) 2x(t)n(O2) = x = EMBED Equation.DSMT4 État finalxmaxn(H2O2) = n0(H2O2) 2xmaxxmax = EMBED Equation.DSMT4 Partie 2 : Détermination de la concentration initiale de la solution de peroxyde dhydrogène
1. Calcul de la valeur attendue de la concentration en peroxyde dhydrogène.
1.1. Par définition, V(O2) = 10 L puisque le flacon porte la mention « 10 volumes ».
1.2. Si la transformation est totale, n(O2) = xmax = EMBED Equation.DSMT4
n(O2) = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 = 0,40 mol
1.3. Daprès le tableau davancement, si la transformation est totale alors le peroxyde dhydrogène est totalement consommé, soit n0(H2O2) 2xmax = 0 ou [H2O2]th.V 2xmax = 0 avec xmax = EMBED Equation.DSMT4 .
Alors [H2O2]th.V 2. EMBED Equation.DSMT4 = 0
[H2O2]th = EMBED Equation.DSMT4 /V
[H2O2]th = EMBED Equation.DSMT4 /1,00 = 0,80 mol.L1
2. Détermination de la valeur réelle de la concentration en peroxyde dhydrogène.
2.1. Avant léquivalence, MnO4 est réactif limitant, la solution est incolore. À léquivalence, il y a changement de réactif limitant. Juste au-delà de léquivalence, les ions permanganate constituent le réactif en excès. Ils donnent une coloration violette au milieu réactionnel, ce qui permet de repérer léquivalence.
2.2. À léquivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stchiométriques, soit daprès léquation chimique : EMBED Equation.DSMT4
2.3. EMBED Equation.DSMT4
[H2O2]eq = EMBED Equation.DSMT4
2.4. [H2O2]eq = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 = 7,3(101 mol.L1
2.5. [H2O2]th = 8,0(101 mol.L1 > [H2O2]eq
On peut penser quune partie du peroxyde dhydrogène a réagi sur lui-même avant que lon procède au titrage. Cette réaction est lente à température ordinaire, mais elle peut expliquer que lon obtienne une concentration expérimentale inférieure à la concentration théorique.
Partie 3 : Étude cinétique de la dismutation du peroxyde dhydrogène
1. Un catalyseur est une espèce chimique qui, par sa présence dans le milieu réactionnel, augmente la vitesse dune transformation chimique spontanée et se retrouve inaltérée, du point de vue chimique, à la fin de la transformation.
2. Le fil de platine est un solide, et le peroxyde dhydrogène est en solution aqueuse, il sagit dune catalyse hétérogène.
3.
4. nt(H2O2) = n0(H2O2) 2 x(t) donc x(t) = EMBED Equation.DSMT4 .
5. v = EMBED Equation.DSMT4 soit v = EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4 . EMBED Equation.DSMT4
comme [H2O2]0 est constante, on obtient v = EMBED Equation.DSMT4 . EMBED Equation.DSMT4
6. EMBED Equation.DSMT4 représente le coefficient directeur de la tangente à la courbe représentative de [H2O2] en fonction du temps.
À la date t = 0 min, ce coefficient directeur est très négatif, la courbe décroît rapidement. Alors la vitesse volumique de la transformation est la plus élevée.
Puis au cours du temps, la tangente à la courbe est de moins en moins inclinée, la vitesse diminue.
7. La concentration en réactifs est un facteur cinétique. Au début, la concentration en peroxyde dhydrogène est élevée, la vitesse volumique de la transformation est grande. Au fur et à mesure de la consommation du peroxyde dhydrogène, sa concentration diminue et donc la vitesse diminue.
8. Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle lavancement a atteint la moitié de sa valeur finale : x(t1/2) = EMBED Equation.DSMT4 .
9. En considérant la transformation totale, xf = xmax et le peroxyde dhydrogène est totalement consommé donc n0(H2O2) 2 xmax = 0, alors xmax = EMBED Equation.DSMT4
Daprès la question 4., on a nt(H2O2) = n0(H2O2) 2 x(t)
soit nt1/2 (H2O2) = n0(H2O2) 2 x(t1/2) = n0(H2O2) 2 EMBED Equation.DSMT4 = n0(H2O2) EMBED Equation.DSMT4 = EMBED Equation.DSMT4
finalement [H2O2]t1/2 = EMBED Equation.DSMT4
Graphiquement, on détermine labscisse du point dordonnée [H2O2] = EMBED Equation.DSMT4 = 3,65(102 mol.L1 (soit 7,30 cm). On trouve t1/2 compris entre 12 et 13 minutes.
10. La température est un facteur cinétique, une température plus élevée aurait augmenté la vitesse volumique de la transformation. La concentration initiale étant restée la même, [H2O2] aurait diminué plus rapidement et le temps de demi-réaction serait plus court.
[H2O2] (mol.L1 )
7,0(102
6,0(102
5,0(102
4,0(102
3,0(102
2,0(102
1,0(102
0
0 5 10 15 20 25 30 35 t (min)
[H2O2]0 /2
t1/2
