Exercitations de chimie à propos de l’importance de l’eau oxygénée - correction, Exercices de Chimie Appliquée
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Melissa_s24 April 2014

Exercitations de chimie à propos de l’importance de l’eau oxygénée - correction, Exercices de Chimie Appliquée

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Exercitations de chimie appliquée à propos de l’importance de l’eau oxygénée - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Préparation du dihydrogène par électrolyse, Cinétique de la dismutation de l’eau...
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Exercice I : De l’importance de l’eau oxygénée 7pts

Liban 2009 Exercice I : De l’importance de l’eau oxygénée (7 points) Correction

1. Préparation du dihydrogène par électrolyse

1.1. Dans la solution, les anions sont attirés vers l’anode reliée au pôle positif du générateur et les cations vers la cathode reliée au pôle négatif. Les électrons circulent dans les parties métalliques du circuit, ils sont libérés par la borne négative du générateur et « pompés » par la borne positive. 1.2. À lacathode, réduction qui libère du dihydrogène gazeux : 2H+(aq) + 2e– = H2(g) À l’anode, oxydation qui libère du dichlore gazeux : 2Cl–(aq) = Cl2(g) + 2e–

1.3. On a n(H2) = 2 H

m

V

V , soit

2 2 ( ). H mV n H V

D’après la demi-équationde réduction cathodique : 2 moles d’électrons sont consommées

lorsqu’une une mole de dihydrogène est formée, soit n(H2) = -( )n e

2 .

Il vient 2H

V = -( )n e

2 .Vm

Enfin la quantité d’électricité mise en jeu est : Q = n(e-).F = I.t , donc n(e–) = . .

.A

I t I t

F N e

  

Il vient . .

. .2

m H

A

I t V1 V

2 N e

  .

1.4. 2

4

H 23 -19

1 5,00 10 3600 30,0 V =

2 6,02 10 1,60 10

   

   = 28,0103 L = 28,0 m3 produit en une heure (= 3600 s) de

fonctionnement.

2.Cinétique de la dismutation de l’eau oxygénée.

2.1.1. 2H2O2(aq) = O2(g) + 2 H2O(l) État Avancement Quantités de matière en mol

État initial 0 c.V 0 Excès

En cours de transformation

x c.V – 2.x x Excès

État final xf c.V – 2.xf xf Excès

2.1.2. L’avancement maximal est atteint quand l’eau oxygénée est entièrement consommée :

c.V – 2.xmax = 0 alors xmax = c.V

2 ainsi xmax =

32,5 24 10

2

  = 3,010–2 mol

e–

I

Anode

Cathode

Cl–

H+

Na+

HO– Electrode de nickel

Saumure

Dégagement gazeux

Dégagement gazeux

+ –

Electrode de titane

2.1.3. D’après la loi des gaz parfaits 2O

n (t) = . ( )

.

2O PV t

RT et d’après l’équation chimique : x(t) =

2O n (t), donc x(t) =

. ( )

.

2O PV t

RT

2.1.4. À la date t = 30 min, le tableau de résultats indique ( ) 2O

V 30 = 540 mL soit 54010–6 m3,

donc x(t = 30) = 5 61,013 10 540 10

8,31 (273,15+25)

  

 = 2,2110–2 mol (22,1 mmol donc cohérent avec la

courbe x = f(t)). 2.2.Analyse du graphe x(t) 2.2.1. Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l’avancement a atteint la moitié de sa valeur finale. Graphiquement, on détermine t1/2 = 15 min.

2.2.2. La vitesse volumique de réaction est définie par

v = . 1

T

dx

V dt avec VT = Cte.

Ainsi la vitesse, à la date t, est proportionnelle au

coefficient directeur de la tangente à la courbe à cette date. Or les pentes des tangentes diminuent quand t augmente, la vitesse diminue au cours du temps.

2.3. Facteurs cinétiques 2.3.1. La concentration de la solution en eau oxygénée diminue au cours du temps, donc la vitesse de réaction va diminuer. Les chocs entre les molécules deviennent moins nombreux, il se forme de moins en moins de molécules de dioxygène au cours du temps. 2.3.2. La température est un facteur cinétique :si la température augmente, l’état final est atteint plus rapidement. 2.3.3.Proposition 1 : L’avancement final est divisé par deux. FAUX La quantité de matière d’eau oxygénée introduite initialement n’étant pas modifiée, l’état final sera inchangé. Proposition 2 : L’état final est atteint plus rapidement. VRAI On ajoute moins d’eau distillée que précédemment (seulement 0,50 L au lieu de 1,0 L), la concentration de la solution en eau oxygénée (facteur cinétique) est plus grande, l’état d’équilibre sera atteint plus rapidement.

2.4.1. Un catalyseur est une espèce chimique qui permet d’atteindre plus rapidement l’état final d’équilibre d’un système chimique, sans apparaître dans l’équation de cette réaction (il augmente la vitesse moyenne de réaction).

2.4.2. Le catalyseur est en solution aqueuse comme les réactifs, le mélange réactionnel est constitué d’une seule phase, il s’agit d’une catalyse homogène.

xf = xmax

transformation totale

xf / 2

t 1/2

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