Chimie - exercitation sur l'état final d’un système chimique, Exercices de Chimie
Renee88
Renee8823 April 2014

Chimie - exercitation sur l'état final d’un système chimique, Exercices de Chimie

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Exercitation de chimie sur l'état final d’un système chimique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Suivi spectrophotométrique de la transformation chimique, Le titrage du diiode formé après 90 minutes de réa...
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ETAT FINAL D’UN SYSTEME CHIMIQUE : ETUDE PAR SPECTROPHOTOMETRIE ET TITRAGE (6,5 points)

1

Nouvelle Calédonie Novembre 2004

ÉTAT FINAL D’UN SYSTÈME CHIMIQUE : ÉTUDE PAR

SPECTROPHOTOMÉTRIE ET TITRAGE (6,5 points)

Les ions iodure (I-) réagissent avec les ions peroxodisulfate (S2O82-).

L’équation associée à la réaction s’écrit : 2I-(aq) + S2O82-(aq) = I2(aq) + 2SO42-(aq) (1)

En présence d’ions iodure, le diiode se transforme en ions triiodure (I3-) de couleur brune.

Pour simplifier l’écriture, on raisonnera à partir de l’équation (1) sans tenir compte de la formation des ions

triiodure.

A un instant pris pour origine des dates (t = 0 min), on réalise un mélange réactionnel S à partir d’un

volume V1 = 10,0 mL de solution aqueuse d’iodure de potassium (K+(aq) + I-(aq)) de concentration molaire

en soluté apporté c1 = 5,0×10-1 mol.L-1 et d’un volume V2 = 10,0 mL de solution aqueuse de

peroxodisulfate de sodium (2Na+(aq) + S2O82-(aq)) de concentration molaire en soluté apporté c2 = 5,0×10-3

mol.L-1.

1. Suivi spectrophotométrique de la transformation chimique.

On souhaite étudier la formation du diiode au cours du temps par spectrophotométrie.

Un prélèvement du mélange réactionnel S est introduit rapidement dans la cuve d’un spectrophotomètre

dont la longueur d’onde est réglée sur une valeur adaptée à l’absorption par le diiode. On admettra que le

diiode est la seule espèce colorée présente dans le mélange et qu’au cours de l’expérience la température

de la solution reste constante.

Les résultats des mesures d’absorbance en fonction du temps sont rassemblées dans le tableau ci-dessous :

t (min) 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 30 40 50 60 90

A 0,08 0,13 0,23 0,31 0,39 0,45 0,50 0,55 0,59 0,62 0,65 0,74 0,77 0,79 0,79 0,79

1.1. La spectrophotométrie est une méthode non destructive pour suivre l’évolution d’un système

chimique. Proposer une autre méthode de suivi cinétique non destructive.

1.2. La mesure de l’absorbance A de solutions aqueuses de diiode de différentes concentrations molaires c

montre que A est proportionnelle à c. On détermine le coefficient de proportionnalité k à partir du couple

de valeurs (c = 5,0×10-3 mol.L-1 ; A = 1,70).

1.2.1. Montrer que la valeur du coefficient de proportionnalité k vaut 3,4×102 et préciser son unité.

1.2.2. Montrer, que pour que le mélange réactionnel S réalisé au début de l’étude, la quantité de

matière de diiode formé à l’instant t s’exprime sous la forme : )( )(

)( 212 VVk

tA tnI 

1.2.3. Calculer la quantité de matière de diiode formé à l’instant de date t = 90 min.

1.3. On note x l’avancement de la réaction à l’instant de date t. a cet instant, la quantité de diiode formé est

égale à x.

En utilisant les valeurs expérimentales et la relation donnée à la question 1.2.3., on obtient la courbe

traduisant l’évolution de x en fonction du temps ; cette courbe est représentée sur l’ANNEXE A RENDRE

AVEC LA COPIE.

La vitesse volumique de réaction est définie par v = dt

dx

VS

1 où VS correspond au volume de la solution.

1.3.1. En précisant la méthode utilisée, décrire l’évolution de cette vitesse au cours du temps.

1.3.2. La justifier d’après les connaissances du cours.

1.3.3. Donner une méthode qui permettrait d’obtenir plus rapidement la même quantité finale de

diiode à partir du même mélange réactionnel S.

2

2. titrage du diiode formé après 90 minutes de réaction.

On veut vérifier par un titrage la quantité de matière de diiode formé à l’instant de date t = 90 min. Pour

cela, à cet instant, on introduit dans un erlenmeyer contenant de l’eau glacée un échantillon de volume

V = 5,0 mL du mélange réactionnel S. A l’aide d’une solution étalon de thiosulfate de sodium

(2Na+(aq) + S2O32-(aq)) de concentration molaire en soluté apporté c’ = 2,5×10-3 mol.L-1, on titre le diiode

présent dans l’échantillon en présence d’un indicateur de fin de réaction. L’équivalence est atteinte pour un

volume V’E = 9,2 mL.

L’équation associée à la réaction support du titrage est :

I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2 I-(aq) + S4O62-(aq)

2.1. Représenter sur la copie le schéma du dispositif de titrage en précisant le nom du matériel et la nature

des solutions.

2.2. Définir l’équivalence du titrage.

2.3. Exploitation du titrage.

2.3.1. En exploitant le résultat du titrage, exprimer littéralement en fonction de c’ et de V’E la

quantité de matière de diiode formé, à l’instant de date t = 90 min, dans le mélange réactionnel

décrit au début de l’exercice.

Le candidat s’il le souhaite, pourra compléter et exploiter le tableau d’avancement figurant sur

l’ANNEXE A RENDRE AVEC LA COPIE.

2.3.2. Calculer la valeur de cette quantité de diiode formé.

2.3.3. Cette valeur est-elle compatible avec celle trouvée au 1.2.3. ?

Aucun calcul d’écart relatif n’est demandé.

3. Étude théorique et bilan comparatif.

3.1. L’équation (1) associée à la réaction entre les ions iodure et les ions peroxodisulfate est rappelée ci-

dessous :

2I-(aq) + S2O82-(aq) = I2(aq) + 2SO42-(aq) (1)

Les couples mis en jeu sont I2(aq) / I-(aq) et S2O82-(aq) / SO42-(aq)

A partir des demi-équations retrouver l’équation (1) associée à la réaction.

3.2. La transformation chimique est supposée totale.

3.2.1. En utilisant les données concernant le mélange réactionnel S, à l’instant t = 0 s, défini en

introduction de l’exercice, compléter le tableau d’avancement figurant sur l’ANNEXE A RENDRE

AVEC LA COPIE.

3.2.2. En déduire l’avancement maximal de la réaction et la quantité de matière maximale en diiode

formé.

3.3. On appelle écart relatif d’une valeur expérimentale nexp(I2) par rapport à la valeur théorique

attendue nth(I2) le rapport : )(

)()(

2

22exp

In

InIn

th

th

Comparer les résultats expérimentaux (questions 1.2.3. et 2.3.2.) au résultat théorique de la question

3.2.2. Commenter.

3

ANNEXE

A RENDRE AVEC LA COPIE

Relation stœchiométrique I2(aq) + 2S2O32–(aq) = 2 I–(aq) + S4O62–(aq)

État du système Avancement Quantité de matière en mol

État initial

Au cours de la

transformation

A l'équivalence

Question 1.3.

Question 2.3.

Rappel: le candidat pourra, s'il le souhaite compléter et exploiter le tableau donné ci-dessous:

4

Relation stœchiométrique 2I– (aq) + S2O82–(aq) = I2 (aq) + 2 SO42– (aq)

État du système Avancement Quantité de matière en mol

État initial

Au cours de la

transformation

État final attendu xmax

Question 3.2.

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