Cinétique, oxydoréduction, absorbance, estérification concours Fesic 2009

En solution aqueuse, on étudie la réaction entre des ions iodures I-aq et les ions peroxodisulfate S2O82-aq. Cette transformation est modélisée par l'équation chimique : S2O82-aq + 2 I-aq = I2 aq + 2SO42-aq. A- Les ions I-aq sont oxydants. Faux. couple oxydant réducteur I2 aq / I-aq : I-aq est un réducteur qui s'oxyde. B- La solution devient brune au fur et à mesure que la réaction progresse. Vrai. Le diiode ( l'un des produits) est la seule espèce colorée ( jaune brune en solution aqueuse). On réalise trois expériences à volume constant, pour différentes concentrations initiales en réactifs et à différentes températures. expérience n° 1 2 3 [S2O82-aq]0 1,0 10-3 2,0 10-3 1,0 10-3 [I-aq]0 1,0 10-3 2,0 10-3 1,0 10-3 température (°C) 20 20 35 C-A too les milieux réactionnels 1 et 3 ont la même coloration. Vrai. Les quantités de matière initiales des réactifs sont identiques ; la température plus élevée en 3 permet d'atteindre plus rapidement l'état final sans en modifier la composition. D- La concentration finale du diiode dans l'expérience 2 est 1,0 10-3 mol/L. Faux. On travaille avec 1 L de solution : avancement (mmol ) S2O82-aq + 2 I-aq = I2 aq + 2SO42-aq. initial 0 1,0 10-3 1,0 10-3 0 0 en cours x 1,0 10-3 -x 1,0 10-3 -2x x x final (si réaction totale) xmax 1,0 10-3 -xmax 1,0 10-3 -2xmax xmax xmax Si S2O82-aq est en défaut : 1,0 10-3 -xmax = 0 ; xmax =1,0 10-3 mol  Si I-aq est en défaut : 1,0 10-3 -2xmax = 0 ; xmax =5,0 10-4 mol [ I2 aq]oo =5,0 10-4 mol /L. On plonge une lame de zinc dans une solution aqueuse d'ion triodure I3-aq. La transformation qui se produit est modélisée par l'équation : Zn(s) + I3-aq = Zn2+aq + 3I-aq. Sachant que l'espèce I3-aq est coloré on peut effectuer le suivi spectrophotométrique de cette réaction. Préalablement aux mesures, on emploie des solutions de concentrations connues d'ions I3-aq, dont on mesure l'absorbance. A- La courbe d'étalonnage obtenue peut être utilisée à n'importe quelle longueur d'onde du domaine visible. Faux. On utilise la longueur d'onde pour laquelle l'absorption est maximale. B- Le coefficient directeur de la courbe d'étalonnage est 1,1 S.I. Vrai. 1,1 103 L mol-1 = 1,1 m3 mol-1. A = 1,1 C avec C en mol m-3. On mesure l'absorbance A de la solution d'ions triodure dans laquelle on a plongé la lame de zinc. L'évolution de l'absorbance au cours du temps est donnée ci-dessous : C- à la date t=0, la vitesse de la réaction est nulle. Faux. La tangente à l'origine n'est pas horizontale : dA/dt est différent de zéro ; L'absorbance étant proportionnelle à la concentration, la vitesse volumique est proportionnelle à dA/dt. D- à la date t=300, la vitesse volumique de la réaction a pour ordre de grandeur 10-2 m3mol-1.s-1. Faux vitesse v(t=300 s) = dC/dt avec A = 1,1 C ; dA/dt = 1,1 dC/dt v(t=300 s) =1/1,1 dA/dt = 4 10-4 / 1,1 ~ 10-4 m3mol-1.s-1. On étudie en milieu acide à 20 °C la cinétique de la réaction de l'eau oxygénée H2O2 aq avec les ions iodure I-aq. Il s'agit d'une transformation totale qui produit du diiode et de l'eau. L'acide est en excès. Les concentrations initiales des réactifs sont : [H2O2]0=0,1 mol/L ; [ I-]0=0,4 mol/L. A- Les ions H3O+ sont des réactifs dans cette transformation chimique. Vrai. H2O2 aq +2 I-aq + 2 H+aq = I2 aq + 2H2O (l) B- Le peroxyde d'hydrogène H2O2 est le réactif limitant. Vrai. On travaille avec 1 L de solution : avancement (mmol ) H2O2 aq + 2 I-aq + 2 H+aq = I2 aq + 2H2O (l) initial 0 0,1 0,4 excès 0 solvant en cours x 0,1-x 0,4-2x x en large final (si réaction totale) xmax 0,1-xmax 0,4-2xmax xmax excès Si H2O2 aq est en défaut : 0,1-xmax = 0 soit xmax = 0,1 mol Si I-aq est en défaut : 0,4-2xmax = 0 soit xmax = 0,2 mol C- La vitesse volumique de réaction peut s'écrire v = -2 d[I-]/dt, si x = nI2 formé. Faux. v = 1/V dx/dt avec [I-] = (0,4-2x)/V ; d [I-] /dt = -2/V dx/dt = - 2 v ; v = -0,5 d [I-] /dt. D- La courbe [I2]=f(t) tend asymptotiquement vers 0,2 mol/L . Faux. n(I2) finale = 0,1 mol. A température constante, on suit la cinétique de l'évolution de 78 mg de potassium solide K(s) plongé dans un excès d'eau distillée. Il y a formation de dihydrogène, d'ion potassium K+aq et d'ion hydroxyde au cours de la réaction. La transformation est totale. La réaction a lieu dans une enceinte fermée thermostatée. La cinétique est suivie par mesure de la pression totale dans l'enceinte. La courbe p = f(t) est donnée ci-dessous. La valeur de la pression totale p dans l'enceinte en fin de réaction est égale à 1083 hpa. Température : 23 °C ; R = 8,3 J K-1 mol-1. A- La pression totale p dans l'enceinte est proportionnelle à la quantité de dihydrogène formé. Faux. ptotale = pinitiale + pdihydrogène. B- La quantité de matière de dihydrogène formé est égale à la quantité de matière de potassium consommé. Faux. 2K(s) + 2H2O(l) = 2K+aq + H2(g) + 2HO-aq. n(H2) = ½n(K) C- La quantité de matière de dihydrogène formé en fin de réaction est 1 mmol. Vrai. M(K) = 39 g/mol ; n(K) = m/M = 78 10-3/39 = 2 10-3 mol = 2 mmol. n(H2) = ½n(K) = 1 mmol. D- Le volume de gaz dans l'enceinte est de 300 cm3. Vrai. Equation des gaz parfaits : PV = nRT avec T = 273+27 = 300 K. Initialement l'enceinte contient de l'air : nair = Pinitiale V / (RT) =105 V / (8,3*300) = 40,16 V. A la fin l'enceinte contient de l'air et du dihydrogène : ntotal =n(H2) +nair = 0,001 +40,16 V. ntotal = Pfinale V / (RT) =1,083 105 V / (8,3*300) =43,5 V 0,001 +40,16 V = 43,5 V ; V ~ 3 10-4 m3 =0,3 L = 300 cm3. A l'aide d'un montage à reflux, on chauffe à 70 °C un mélange constitué par une mole d'acide éthanoïque et 1 mole de butan-2-ol. On suit l'avancement de la réaction et lorsque l'équilibre est atteint, on constate que le taux d'avancement final est 0,60. A- Le nom systématique de l'ester obtenu est éthanoate de butyle. Faux. CH3-COO-CH(CH3)-CH2-CH3. éthanoate de 1-méthylpropyle. B- Le quotient initial de réaction est égal à 1 : Faux. acide + alcool = ester + eau Qr i = [ester]i[eau]i / ([acide]i[alcool]i )= 0 ( pas de produits formés à t = 0) C- La valeur de la constante d'équilibre de la réaction est égale à 0,36. Faux. avancement (mol ) acide + alcool =ester + H2O (l) initial 0 1 1 0 0 en cours x 1-x 1-x x x final xéq = 0,6 1-xéq = 0,4 1-xéq= 0,4 xéq= 0,6 xéq= 0,6 K = [ester]éq[eau]éq / ([acide]éq[alcool]éq )=0,6*0,6 / 0,42 =2,25 D- L'état d'équilibre de la réaction est atteint plus rapidement en augmentant la température. Vrai. La température est un facteur cinétique.

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