Exercices de chimie sur l’eau de javel - correction, Exercices de Chimie Appliquée
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Melissa_s24 April 2014

Exercices de chimie sur l’eau de javel - correction, Exercices de Chimie Appliquée

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Exercices de chimie appliquée sur l’eau de javel - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Préparation du dichlore, Décomposition de l’eau de Javel, Conservation de l’eau de Javel
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EXERCICE II L’EAU DE JAVEL 6,5 pts

Antilles Guyane 2008 EXERCICE II L’EAU DE JAVEL (6,5 points) Correction

. Préparation du dichlore 1.1. 2Cl–(aq) =Cl2(aq) + 2e–, cette transformation fournit des électrons, il s’agit d’une oxydation.

1.2. Un oxydation a lieu à l’anode.

1.3. D’après la demi-équation précédente, il y a deux moles d’électrons échangés pour une mole de molécules de dichlore, soit ne = 2.n(Cl2). ne = 2×5,25×10–1 = 1,05 mol

Or Q = ne.F = I.t donc I = e n .F

Δt

I = , , 41 05 9 65 10

90 60

 

 = 18,8 A

2. Décomposition de l’eau de Javel Remarque : l’équation proposée surprend car le réactif eau n’y apparaît pas, voyons pourquoi :

ClO–(aq) + 2e– + 2H+(aq) = Cl– + H2O(l) 2 réduction de l’ion hypochlorite 2H2O(l) = O2(g) + 4e– + 4H+(aq) oxydation de l’eau 2ClO–(aq) + 4H+(aq) + 2 H2O(l) = 2 Cl–(aq) + 2H2O(l) + 4H+(aq) + O2(g) en simplifiant pour H+(aq) et H2O(l) on retrouve l’équation : 2ClO–(aq) = 2 Cl–(aq) + O2(g)

2.1.1. Un catalyseur est une espèce chimique capable d’accélérer une réaction chimique sans pour autant apparaître dans l’équation. 2.1.2. On veut effectuer une dilution : solution mère S0 : c0 solution fille S1 : c1 = c0 /4

V0 à prélever V1 = 100 mL Au cours de la dilution la quantité de matière de soluté ne varie pas : c1.V1 = c0.V0

c0.V0 = (c0 /4).V1 soit V0 = V1 / 4 Pour effectuer la dilution, il faut de la verrerie de précision donc jaugée ; soit une pipette jaugée de 25,0 mL et une fiole jaugée de 100 mL. Il s’agit du lot n°4.

2.2.1. D’après l’équation x = n(O2) donc Pmes = P0 + x. B

R.T

V

x = mes 0

B

P P .V

R.T

x = B ΔP

.V R.T

x =  

3ΔP 1,2 10 8,31 290

convertir VB en m3

x = 5,010–7.P 2.2.2.

xf est proportionnel à Pf = 40000 Pa xf = 5,010–7.Pf

xf = 5,010–740000 = 2,010–2 mol

2.2.3. Le temps de demi-réaction correspond à la durée nécessaire pour que l’avancement atteigne la moitié de sa valeur finale, soit ici

également 2

ΔPf = 20000 Pa

t1/2 = 6101 s

Pf =

. . . t

d P

dt

     

2 2 6

t1/2

3.3.

2.2.4. Vr = . 1

1 dx

V dt Donc Vr s’exprime en mol.L-1.s-1

2.2.5. Vf = . -7

1

1 d(5,0.10 . P)

V dt = .

-7

1

5,0.10 d( P)

V dt = .

.  -7

3

5,0.10 d( P)

100 10 dt = , . .

6 d( P)5 0 10 dt

2.2.6. La vitesse diminue au cours du temps car elle est proportionnelle au coefficient directeur de la

tangente à la courbe P = f(t) à chaque instant. Or celui-ci diminue au cours du temps. (voir courbe) 3. Conservation de l’eau de Javel 3.1. La transformation est totale donc n(Cl2)conso = n(ClO–)formée. Un litre d’eau de Javel contient donc 2,10 mol de ClO–, soit c0 = 2,10 mol.L-1 (la concentration d’un berlingot est la même que celle d’une bouteille d’un litre).

c1 = 0c

4

c1 = 0,525 mol.L-1

3.2. n1 = n(ClO–) = c1.V1

n1 = 0,52510010–3 = 5,2510–2 mol

3.3. Pour t = 10 min = 600 s, on lit sur la figure 3 P = Pf = 40000 Pa

Soit x = xf = 2,010–2 mol.

équation chimique 2ClO – (aq)

= 2 Cl–(aq) + O2(g)

État du système

Avancement (mol)

Quantités de matière (mol)

État initial x = 0 n1 = 5,2510–2 0 0

En cours de transformation

x n1 – 2x 2x x

État final t = 600 s

xf n(ClO–)restant = n1 – 2xf 2xf xf = 2,010–2

n(ClO–)restant = 5,2510–2 – 22,010–2 = 1,2510–2 mol 3.4. Les calculs effectués (*) font penser que l’eau de Javel se décompose en grande partie après seulement 10 minutes, mais attention c’est parce qu’un catalyseur (Co2+(aq)) a été utilisé. L’énoncé indique en 2.1.1. que la décomposition de l’eau de Javel est une réaction très lente. L’eau de Javel achetée dans le commerce ne contient évidemment pas d’ion Co2+(aq), elle se conserve bien plus longtemps qu’une dizaine de minutes.

(*)complément : n(ClO–)initiale = n1 = 5,2510–2 et n(ClO–)restant = 1,2510–2 mol

% ClO- décomposé = 100 1025,5

1025,11025,5 2

22

 

 



= 76,2 % avec catalyseur et en seulement 10 min.

Pour en savoir plus : Société française de chimie : http://www.sfc.fr/Donnees/mine/javl/texjavl.htm Bulletin de l’Union des physiciens : Guy Durliat, Jean-Louis Vignes, Jean-Noël Joffin, BUP, n°792, 91 (1997) 451 http://udppc.asso.fr/bupdoc/textes/1997/07920451.PDF

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