Aurélie13/02/07
 

enseignement, concours, caplp externe 2006 : cinétique du vieillissement d'une eau de Javel

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On se propose d’étudier la décomposition de l’eau de Javel.

L’eau de Javel se décompose lentement selon la réaction d’oxydoréduction suivante : ClO- = Cl- +½O2

On utilise de l’eau de Javel achetée en berlingot de degré chlorométrique 48°.

On dilue la solution commerciale afin d’obtenir une solution S1 cinq fois moins concentrée.

Pour étudier la cinétique de cette réaction de décomposition catalysée par les ions Co2+, on utilise un volume V1 = 100 mL de la solution S1.

On déclenche le chronomètre à l’instant où l’on met le catalyseur dans la solution. Pour suivre l’évolution de la réaction, on mesure à température et pression constantes le volume de dioxygène dégagé au cours du temps.

Dans le tableau suivant, le volume de dioxygène dégagé VO2 est déterminé à la température de 20°C et sous la pression de 1013 hPa.
t(s)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
4500
VO2(mL)
0
42
74
106
138
163
189
212
231
246
255
269
278
286
291
295
295
Expression littérale de la concentration en ions hypochlorites, notée [ClO-], dans la solution S1 en fonction de VO2.

ClO- = Cl- +½O2

d'après les coefficients stoechiométriques : n(ClO-) disparu = 2n(O2)

or n(O2) = PVO2 / (RT) d'où n(ClO-)disparu = 2PVO2 / (RT)

n(ClO-)restant = n(ClO-)initial - n(ClO-)disparu et [ClO-] = [ClO-]initial- 2PVO2 / (RTV1)

A.N :

n(ClO-)fin = n(ClO-)initial - n(ClO-)disparu = 0 d'où n(ClO-)initial = n(ClO-)disparu =2PVO2 fin / (RTV1)

P= 1,013 105 Pa ; T= 293 K ; V1=0,1 L ; 2P / (RTV1)=2* 1,013 105 / (8,32*293*0,1) = 831,1

[ClO-] =831,1 10-6( 295-VO2) avecVO2 en mL

A partir du tracé de la courbe [ClO-] = f(t), déterminons la vitesse de la réaction à t =150 s et t = 300 s.

t(s)
0
30
60
90
120
150
180
210
240
270
300
330
360
390
420
450
4500
VO2(mL)
0
42
74
106
138
163
189
212
231
246
255
269
278
286
291
295
295
[ClO-]mol/L
0,245
0,210
0,184
0,157
0,130
0,111
0,088
0,069
0,053
0,041
0,033
0,022
0,014
0,0075
0,003
0
0

Allure de la courbe représentant l’évolution de [ClO-]=f(t) en l’absence de l’ion cobalt.

Vieillissement de l’eau de Javel.

Le degré chlorométrique français correspond au volume de dichlore gazeux en L, mesuré à 0° C et sous105 Pa nécessaire à la préparation d’un litre d’eau de Javel suivant une transformation totale modélisée par l’équation suivante : Cl2 + 2 Na+aq + 2 HO-aq= 2 Na+aq + Cl-aq+ ClO-aq

Calcul du degré chlorométrique de l’eau de Javel utilisée pour l’expérience, en remarquant qu’au bout de 450 s, tous les ions hypochlorites ont été consommés.

n(Cl2) = n(ClO-) = 2PVO2 fin / (RTV1) =831,1 10-6 * 295 = 0,245 mol

en tenant compte du facteur de dilution : 0,245*5 = 1,23 mol

soit 1,23*22,4 = 27,5 °, valeur inférieure à l'indication du fabriquant.

Le berlingot d'eau de Javel n'a pas été fabriqué récemment.
 

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