Aurélie 17/01/12
 

 

   Vitesse de réaction : iodure et peroxodisulfate : concours Manipulateur radio Tours 2011.



 

On se propose d'étudier la vitesse de la réaction entre les ions iodure I- et les ions peroxodisulfate S2O82-.



On prépare 300 mL d'une solution d'iodure de potassium dont la concentration en soluté dissous KI est égale à c1 = 2/15 mol/L.
On prépare 300 mL d'une solution de peroxodisulfate de potassium dont la concentration en soluté dissous K2S2O8 est égale à c2 = 1/30 mol/L.
A l'instant t=0 on mélange les deux solutions, on obtient un mélange de volume V = 600 mL.
Mélange initial et réaction étudiée.
La réaction étudiée  a pour équation : 2I-aq + S2O82-aq = I2aq + 2SO42-aq.
Ecrire les deux couples oxydant / réducteur mis en jeu
.
S2O82- aq/ SO42- aq et I2 aq/ I-aq.
Déterminer les quantités de matière initiales des ions iodure, des ions peroxodisulfate et des ions ptassium dans le mélange initial.
n(
I-aq)0=0,300 *2/15 =4,0 10-2 mol.
n(
S2O82- aq)0=0,300*1/30 = 1,0 10-2 mol.
n(K+ aq)0= 4,0 10-2 + 2,0 10-2 = 6,0 10-2 mol.
Autre méthode : la solution reste électriquement neutre :
n(I-aq)0+ 2 n(S2O82- aq)0=n(K+ aq)0.
On observe le mélange : il change de teinte, passant de l'incolore  au jaune de plus en plus foncé, puis au marron.
En quoi cette observation confirme-t-elle que la réaction est lente ?
L'oeil a le temps de suivre l'évolution de la couleur de la solution et de distinguer les différentes teintes.
On sait que la réaction est totale.
Construire, avec les valeurs numériques, un tableau descriptif d'évolution du système chimique.

avancement (mol)
2I-aq + S2O82-aq = I2aq + 2SO42-aq.
initial
0
0,04
0,01
0
0
en cours
x
0,04-2x
0,01-x
x
2x
fin
xmax
0,04-2xmax 0,01-xmax xmax xmax

Quelle est la quantité de diiode formée quand la réaction est terminée ?
Si I-aq est en défaut : 0,04-2xmax= 0 ; xmax= = 0,02 mol.
Si S2O82-aq est en défaut : 0,01-xmax= 0 ; xmax= = 0,01 mol. On retient la plus petite valeur (S2O82-aq est en défaut).
Il se forme donc 0,010 mol  = 10 mmol de
I2aq.



Etude cinétique.
On recommence la même expérience, dans des conditions identiques, mais cette fois, toutes les  cinq minutes, on prélève un volume V0=25,0 mL du mélange ; on lui ajoute approximativement 100 mL d'eau très froide et un peu d'empois d'amidon. On dose le diiode en solution avec une solution de thiosulfate de sodium de concentration c3= 0,010 mol/L. L'équation support du titrage est :
I2aq + 2S2O32-aq = 2 I-aq + S4O62-aq.
Pourquoi ajoite-t-on de l'eau froide au prélevement ?
L'ajout d'eau froide réalise un blocage cinétique de la réaction.

Quelles sont les caractéristiques indispensables de la réaction pour qu'elle puisse servir de titrage ?
La réaction doit être rapide et totale.
Dans quoi place-t-on la solution titrante ?  éprouvette graduée, burette graduée, fiole jaugée, becher, erlenmeyer.
La solution titrante se trouve dans une burette graduée.
Quel est le rôle de l'empois d'amidon ?
L'empois d'amidon joue le rôle d'indicateur de fin de réaction.
Pour chaque titrage, le volume VE de solution titrante pour obtenir l'équivalence est donnée dans le tableau ci-dessous.
Justifier la relation x = 0,12 VE qui a été utilisée pour compléter la 3è ligne du tableau.
A l'équivalence les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques : x = n(I2aq) = ½n(S2O32-aq).
x = ½VE c3 = 0,5 *0,01 VE ; [I2aq] = 0,005 *0,01 Vmol de diode dans le prélevement de 25 mL soit 0,005*600 / 25 = 0,12 VE dans le mélange total de volume 600 mL.
t(min) 0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
VE(mL)
0
1,5
2,6
3,7
4,5
6,0
6,8
7,8
8,8
9,7
10,5
11,4
12,4
13,2
13,7
x (mmol)
0
0,18
0,31
0,44
0,54
0,72
0,82
0,94
1,06
1,16
1,26
1,37
1,49
1,58
1,64





A partir du tableau on a construit la courbe d'évolution de l'avancement x (mmol) en fonction du temps (min).
Rappeler la définition de la vitesse volumique de réaction. Peut-on la déterminer à t=0 ? Si non indiquer pourquoi et si oui, donner sa valeur.
v = 1/V dx/dt avec V =0,60 L volume de la solution.
dx/dt est le coefficient directeur de la tangente à la courbe à la date t.  On peut donc déterminer graphiquement [dx/dt]t=0 puis en divisant par V = 0,60 L, calculer la vitesse initiale de la réaction.

v(t=0) = 0,036 / 0,6 = 0,06 mmol L-1 min-1.
Rappeler la définition du temps de demi-réaction. Peut-on le déterminer ? Si non indiquer pourquoi et si oui, donner sa valeur
.
Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l'avancement est égal à la moitié de l'avancement final. La réaction étant totale xfin = xmax = 0,010 mol.
x = ½xfin = 0,005 mol = 5,0 mmol. Le graphe ne permet pas la détermination de t½.

 








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