La solution aqueuse de diiode : concours Kiné Nantes 2011.

On étudie l'influence de quelques facteurs cinétiques sur la réaction entre les ions iodures I-aq et les ions peroxodisulfate S2O82-aq.  On donne : I2aq / I-aq ;  S2O82-aq / SO42-aq. Suivi expérimental temporel de la transformation. Etablir l'équation de la réaction liée à la transformation chimique. Oxydation : 2 I-aq = I2aq + 2e- ; réduction : S2O82-aq + 2e-= 2SO42-aq. Bilan : 2 I-aq + S2O82-aq = I2aq + 2SO42-aq. Un manipulateur désire obtenir l'évolution de l'absorbance du système chimique au cours du temps par une console d'acquisition reliée à un ordinateur. Pour cela il effectue les réglages suivants : il choisi le faisceau du colorimètre sur une radiation lumineuse rouge, effectue le réglage du blanc grâce à une solution de diiode ( c = 4 10-5 mol/L ) puis lance l'acquisition pour une durée totale de 10 minutes dès que les ions iodures entrent en contact avec les ions peroxodisulfate. Justifier les choix de l'opérateur. La solution de diiode présente un maximum d'absorption vers 350 nm. Pour réaliser le zéro " faire le réglage du blanc", on doit se placer à une longueur d'onde pour laquelle le diiode n'absorbe pas. Pour suivre l'évolution  de l'absorbance, on se placera à une longueur d'onde de 350 nm, pour laquelle le diiode présent un maximum d'absorption. Quant au choix de la concentration, aux faibles concentrations, absorbance et concentration sont proportionnelles. Influence de quelques facteurs cinétiques. On réalise plusieurs expériences. On obtient les courbes suivantes : On utilise une solution S1 d'iodure de potassium de concentration c1 = 2,0 10-2 mol/L et une solution S2 de peroxodisulfate de sodium de concentration c2 = 5,0 10-3 mol/L. Le tableau suivant indique les quantités des réactifs initialement intoduits. Expérience n° V1 ( K+aq +I-aq) mL V2 ( 2Na+aq +S2O82-aq) mL Veau mL Vtotal mL température °C 1 1,0 1,0 2,0 4,0 25 2 1,0 1,5 1,5 4,0 25 3 2,0 1,0 1,0 4,0 25 4 1,0 1,0 2,0 4,0 10 5 1,0 1,0 1,0 3,0 25 Justifier pourquoi l'une des expériences est imcompatible et incomparable aux autres expériences. Dans l'expérience 5, le volume total de la solution diffère de 4,0 mL, volume total des solutions 1 à 4. Les concentrations des espèces sont donc modifiées, par rapport aux 4 premières expériences.. Expliquer ce  différencie les courbes (1, 2, 3 ) de la courbe 4 ? Quelle est la conséquence sur l'état du système chimique de chacune ? L'absorbance atteint la valeur 1 ( courbe 4) et 0,75 pour les courbes 1, 2, 3. Or seul le diiode absorbe à la longueur d'onde choisie ; de plus, absorbance et concentration du diiode sont proportionnelles. L'ion peroxodisulfate est le réactif limitant : expériences 1, 3 et 4, n(S2O82-aq) =  5 10- 6 mol ; n(I2aq) final =  5 10- 6 mol et [I2aq] =5 10- 6 / 4 10-3 =1,25 10-3 mol/L.  expérience 2, n(S2O82-aq) =  7,5 10- 6 mol et [I2aq] =7,5 10- 6 / 4 10-3 =1,87 10-3 mol/L. Ajoutns que l'absorbance est proportionnelle à [I2aq] . La transformation chimique est supposée totale et irréversible. Décrire qualitativement l'état initial et l'état final du système chimique de l'expérience 1. Initial : n(S2O82-aq)= 5 10- 6 mol ; n(I-aq) = 2 10- 5 mol.  S2O82-aq est en défaut et I-aq est en excès. Final : n(S2O82-aq)= 0 mol ; n(I-aq) = 1,0 10- 5 mol. [I2aq] fin =5 10- 6 / 4 10-3 =1,25 10-3 mol/L. Identifier les expériences correspondant aux courbes 1, 2, 3, 4 en justifiant clairement. Expérience 1 : T = 25°C ; n(S2O82-aq)= 5 10- 6 mol ; n(I-aq) = 2 10- 5 mol. Expérience 3 : T = 25°C ; n(S2O82-aq)= 5 10- 6 mol ; n(I-aq) = 4 10- 5 mol. La concentration et la température sont des facteurs cinétiques , donc l'expérience 3 correspond à la courbe 3. Expérience 4 : température inférieure 10°C; n(S2O82-aq)= 5 10- 6 mol ; n(I-aq) = 2 10- 5 mol. Donc l'expérience 4 correspond à la courbe 2. Par suite l'expérience 1 correspond à la courbe 1. Evolution du système chimique. Les propositions suivantes sont indépendantes les unes des autres et sont associées aux conditions initiales de l'expérience n°1. Répondre par vrai ou faux  en justifiant et/ou en rectifiant. 1. Si la solution est chauffée au-delà de 25°C au cours de sa transformation, elle produira davantage de diiode dans l'état final. Faux. La température est un facteur cinétique : en chauffant, la vitesse de la réaction augmente et l'état final est plus rapidement atteind. La composition finale du mélange reste inchangée. 2. La concentration molaire finale du  diiode est de 2,5 10-3 mol/L Faux. Expérience 1 : T = 25°C ; n(S2O82-aq)initial = 5 10- 6 mol  ( en défaut ) ; n(I-aq)initial = 2 10- 5 mol. [I2aq] fin =5 10- 6 / 4 10-3 =1,25 10-3 mol/L. 3. A la fin de la transformation, en ajoutant de l'eau, le mélange restant homogène, l'absorbance diminuera. Vrai. Ajouter de l'eau, c'est  diluer, donc faire décroître la concentration du diiode. Or absorbance et concentration du diiode sont proportionnelles. 4. En ajoutant 1,0 mL de solution aqueuse de peroxodisulfate de sodium, la concentration molaire finale du diiode sera de 2,0 10-3 mol/L. Vrai. Expérience 1 : après cet ajout ; n(S2O82-aq)initial = 1,0 10- 5 mol   ; n(I-aq)initial = 2 10- 5 mol. ( proportions stoechiométriques ) Volume final : 5 ml =5 10-3L . [I2aq] fin =1 10- 5 / 5 10-3 =2,0 10-3 mol/L. Contrôle de qualité. Les responsables du laboratoire souupçonnent un industriel, chargé de fabriquer la Bétadine, de vouloir les leurrer. Cet individu modifierait la composition de certaines solutions d'antiseptiques. Il diminuerait ainsi son coût de production en ajoutant un colorant alimentaire aqueux de couleur jaune. Votre mission : contrôler l'état d'une solution aqueuse de Bétadine afin de vérifier si elle est frelatée ou non. En vous appuyant sur les données ci-dessous, rédiger l'ensemble des étapes d'un protocole expérimental à mener afin de répondre à votre mision.  Choix du ou des solvants, expériences à mener, conditions de sécurité, schémas légendés et annotés des observations prévisibles. La bétadine est un désinfectant à usage externe dont le principe actif est le diiode. Il permet d'éliminer les microorganismes ou d'inactiver les virus. Le diiode a une teinte jaune en solution aqueuse ( cas de la Bétadine ). solvant eau cyclohexane éthanol dichlorométhane densitén 1,00 0,78 0,79 1,33 solubilité du diiode et apparence assez soluble couleur jaune soluble couleur rose violet très soluble couleur brune soluble couleur rose violet Miscibilité à  l'eau oui non oui non solubilité du colorant jaune soluble non soluble soluble non soluble danger inflammable, risque pour l'environnement risque pour la santé inflammable risque pour la santé risque pour l'environnement risque pour la santé Réaliser une extraction du diiode par solvants afin de le séparer ce dernier du colorant jaune. Le solvant ne doit pas être miscible avec l'eau ; le diiode doit être très soluble dans ce solvant et le colorant jaune peu soluble dans ce même solvant. Le cyclohexane ou le dichlorométhane peuvent convenir. Port de blouse , gants et travailler sous hotte aspirante, bidons de récupération. Réaliser plusieurs extractions successives en utilisant une ampoule à décanter ( dans laquelle le solvant le plus dense occupera la partie inférieure ). Le solvant d'extraction prend une teinte rose violet, tandis que la solution de Bétadine deviendra incolore si elle n'est pas frelatée Doser en suite le diiode extrait.

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