Chimie - exercitation sur deux antiseptiques, Exercices de Chimie
Renee88
Renee8823 April 2014

Chimie - exercitation sur deux antiseptiques, Exercices de Chimie

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Exercitation de chimie sur deux antiseptiques. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Courbe d’étalonnage du spectrophotomètre, Titre du Lugol, Étude cinétique d’une transformation chimique mettant en jeu l’eau...
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Exo2.DEUX ANTISEPTIQUES

2005/11 Nouvelle Calédonie

EXERCICE II. DEUX ANTISEPTIQUES (6,5 points)

Le Lugol et l’eau oxygénée sont deux antiseptiques couramment utilisés. Les indications portées sur deux flacons de solutions commerciales contenant chacun un de ces antiseptiques sont données dans le tableau ci-dessous.

Lugol (solution S0) eau oxygénée (solution S1)

Composition : iodine solution (eau iodée) Composition : eau oxygénée stabilisée. Titre : 10 volumes. Solution pour application locale. Usage externe.

On se propose dans cet exercice de tracer une courbe d’étalonnage à l’aide d’un spectrophotomètre afin d’utiliser cet appareil pour : - déterminer le titre de la solution S0 de Lugol ; - étudier la cinétique d’une transformation chimique mettant en jeu l’eau oxygénée. Les parties 2. et 3. sont indépendantes et peuvent être traitées séparément. 1. Courbe d’étalonnage du spectrophotomètre On dispose de six solutions aqueuses de diiode de concentrations molaires apportées différentes. La mesure de l’absorbance A de chaque solution a été réalisée avec un spectrophotomètre UV–visible

réglé à la longueur d’onde = 500 nm. Le spectrophotomètre utilisé admet une gamme de mesures pour l’absorbance de A0 = 0 à Amax = 2,00. Parmi les espèces chimiques présentes le diiode est la seule espèce qui absorbe à 500 nm. Les ré- sultats obtenus permettent de tracer la courbe d’étalonnage de la Figure 1 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. 1.1. Justifier, à partir de la courbe d’étalonnage, que les grandeurs portées sur le graphe sont liées par une relation de la forme A = k[I2]. 1.2. On note [I2]max la concentration molaire apportée en diiode au-delà de laquelle l’absorbance d’une solution de diiode n’est pas mesurable par le spectrophotomètre utilisé ici. Déterminer graphiquement la valeur de [I2]max en faisant clairement apparaître la méthode utilisée sur la Figure 1 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. 2. Titre du Lugol Pour déterminer le titre en diiode du Lugol, il est ici nécessaire de diluer dix fois la solution commer- ciale S0. La solution obtenue est notée S0’. Le matériel mis à disposition est le suivant : - bechers 50 mL, 100 mL, 250 mL ; - pipettes jaugées 5,0 mL, 10,0 mL, 20,0 mL ; - éprouvettes graduées 10 mL, 20 mL, 100 mL ; - fioles jaugées 100,0 mL, 250,0 mL, 500,0 mL. 2.1. Choisir, sans justification, le matériel nécessaire pour préparer S0’.

2.2. Sans modifier les réglages du spectrophotomètre, on mesure l’absorbance de la solution S0’ :

' 0S

A = 1,00.

2.2.1. Déterminer graphiquement sur la Figure 1 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE la concentration molaire apportée en diiode de la solution S0’. On fera clairement apparaître la méthode graphique utilisée.

2.2.2. En déduire la concentration molaire apportée cL en diiode du Lugol (solution commerciale S0) 2.2.3. Pourquoi a-t-il été nécessaire de diluer le Lugol (solution commerciale S0) ? 3. Étude cinétique d’une transformation chimique mettant en jeu l’eau oxygénée et libérant du diiode La transformation qui a lieu dans l’étude proposée est modélisée par la réaction dont l’équation d’oxydoréduction s’écrit :

H2O2(aq) + 2 I –(aq) + 2 H3O+(aq) = I2(aq) + 4 H2O( )

La mesure de l’absorbance du diiode présent dans le milieu réactionnel, à longueur d’onde 500 nm, permet de suivre l’évolution temporelle de la quantité de diiode formé et de réaliser ainsi un suivi cinétique. La courbe A = f(t) est donnée sur la Figure 2 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. Afin de réaliser ce suivi cinétique : - on prépare une solution S2 (concentration c2) 10 fois moins concentrée que la solution S1 (concentra- tion c1) d’eau oxygénée commerciale ; - on mélange dans un becher, V = 5,0 mL d’acide sulfurique et V3 = 9,0 mL d’une solution aqueuse d’iodure de potassium, K +(aq) + I –(aq) ; - à l’instant de date t0 = 0 s, on introduit rapidement, dans ce becher, un volume V2 = 1,0 mL de la solution S2 d’eau oxygénée H2O2 (aq). Un échantillon du milieu réactionnel est versé dans une cuve que l’on introduit dans le spectrophoto- mètre. Dans les conditions de l’expérience, les ions iodure I - (aq) et les ions oxonium H3O+(aq) sont intro- duits en excès par rapport à l’eau oxygénée. 3.1. Définir un oxydant. 3.2. Écrire les couples oxydant/réducteur mis en jeu dans la réaction étudiée et les demi-équations électroniques correspondantes. 3.3. Compléter littéralement, en utilisant les notations de l’énoncé, le tableau descriptif de l’évolution du système donné sur la Figure 3 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. 3.4. À l’aide de ce tableau, établir l’expression de l’avancement x(t) de la réaction en fonction de [I2](t), la concentration molaire en diiode présent dans le milieu réactionnel et de Vtot volume du mélange. 3.5. On rappelle que l’absorbance est liée à la concentration molaire volumique du diiode par la rela- tion A = k[I2].

Sachant que la vitesse volumique v(t) de réaction est définie par la relation : v(t) =

tot

1 dx( ) .

V d

t

t , où Vtot

est le volume du mélange réactionnel, montrer que : v(t) = 1 dA( )

. k d

t

t .

3.6. On note v0 la vitesse volumique de réaction à l’instant de date t0 = 0 min et v1 celle à l’instant de date t1 = 5,0 min. 3.6.1. Parmi les relations données ci-dessous, choisir celle qui convient, en justifiant graphique- ment, à partir de la Figure 2 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE.

v0 > v1 v0 < v1 v0 = v1 3.6.2. En faisant appel aux connaissances de cours, dire pourquoi v(t) subit cette évolution. 3.7. Transformation totale ou limitée. Une détermination précise de la valeur de k (constante de proportionnalité intervenant dans la relation de la question 1.1.) donne k = 246 L.mol –1. Le volume de la solution est Vtot = V + V2 + V3 = 15,0 mL

3.7.1. À partir des résultats expérimentaux donnés sur la Figure 2 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE, déterminer la valeur de l’avancement final xf de la transformation étudiée. 3.7.2. On admet qu’une solution commerciale d’eau oxygénée titrée à « 10 volumes » a une concentration molaire apportée en eau oxygénée c1 = 0,89 mol.L –1.

Déterminer la valeur du taux d’avancement final  de la transformation. Conclure.

3.8. Temps de demi-réaction Définir puis déterminer graphiquement la valeur du temps de demi-réaction t1/2 en faisant apparaître clairement la méthode utilisée sur la Figure 2 de L’ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. 3.9. Conclusion Déduire des réponses précédentes si la transformation chimique modélisée par la réaction d’équation :

H2O2(aq) + 2 I –(aq) + 2 H3O+(aq) = I2(aq) + 4 H2O( ) peut servir de support à un titrage direct (c’est-à-dire sans faire intervenir une autre réaction) de l’eau oxygénée. Justifier la réponse.

EXERCICE II.

Figure 3

relation stœchiométrique

H2O2(aq) + 2 I – (aq) + 2 H3O +(aq) = I2 (aq) + 4 H2O( )

état du système

avancement bilan de matière en mol

état initial 0 excès excès solvant

au cours de la transformation

x excès excès solvant

état final xf excès excès solvant

état final si la transformation

est totale xmax excès excès solvant

A

Figure 2

Figure 1

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