Trois expériences sont réalisées à température et volume constants afin d'étudier l'évolution de trois " systèmes chimiques " au cours du temps. A l'instant t = 0 on mélange les réactifs 1 et 2 suivants :

Expérience I 0,50 mol de propanoate d'éthyle 0,50 mol d'eau

Expérience II 10 mL d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène (ou eau oxygénée) de concentration 1,0 mol/L 50 mL d'une solution aqueuse contenant 0,8mol/L d'ions tartrate en milieu acide à chaud

Expérience III 10 mL d'une solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration 2,0.10^-2 mol/L 30 mL d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène de concentration 0,1 mol/L en milieu acide

Données :Le rendement d'une réaction d'estérification ou d'hydrolyse est le rapport entre la quantité de produit formé et celle qui aurait été obtenue si la réaction avait été totale.Le rendement d'une estérification, dans le cas d'un mélange équimolaire (avec un alcool primaire ) est égal à 67 %. Le rendement d'une hydrolyse, dans le cas d'un mélange équimolaire ( produisant un alcool primaire)est égal à 33%. Dans le cadre de l'expérience II le potentiel rédox des couples est dans l'ordre décroissant représenté ci-dessous :

eau oxygénée / eau ; ion cobalt III / ion cobalt II ; dioxyde de carbone / ion tartrate.

En solution aqueuse, les ions permanganate sont violet, les ions cobalt (III) sont verts, les ions cobalt(II) sont roses, toutes les autres entités sont incolores.

1 - Expériences I

Pour la réaction I:

• Écrire l'équation-bilan de la réaction en utilisant les formules semi-développées des réactifs et des produits. Nommer les produits formés .
• Préciser les caractéristiques de cette réaction.
• On détermine à chaque instant la quantité de matière n_p d'un des produits de la réaction. Tracer l'allure du graphique représentant l'évolution de n_p au cours du temps en précisant la valeur numérique finale de n_p.

2 - Expérience II

L'équation-bilan de la réaction II est la suivante :

5 H₂O₂ + C₄H₄O₆^2- + 2 H⁺ donne 8 H₂O + 4 CO₂(gaz)

a) On prépare un mélange témoin de solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène et de solution contenant les ions tartrate en milieu acide à chaud : on observe au bout d'un temps assez long un très léger dégagement gazeux. L'ajout de cristaux de chlorure de cobalt (II) dans un mélange identique au mélange témoin se colore tout d'abord en rose, puis rapidement un dégagement gazeux devient très important et la solution devient verdâtre. Après quelques instants, le dégagement gazeux diminue et la solution reprend la couleur rose. Quel est le rôle joué par les ions Co²⁺ ? Interpréter les changements de couleurs observés. (Aucune équation-bilan n'est demandée.)

b) On a tracé le graphique représentant l'évolution de la quantité n_CO2 de dioxyde de carbone formé au cours du temps, sans ajout d'ions Co²⁺ : on a obtenu le graphique ci dessous. On ajoute des ions Co²⁺ au mélange réactionnel : reproduire le graphique sur la copie et indiquer sur celui-ci, comment il est éventuellement modifié.

3 Expérience III

L'équation bilan de la réaction III est la suivante :

2 MnO₄^- + 5 H₂O₂ + 6 H⁺ donne 2 Mn²⁺ + 5 O₂(gaz) + 8 H₂O

Cette réaction entre les ions permanganate et l'eau oxygénée a pour catalyseur les ions Mn^2+.

a) On a tracé le graphique ci-dessous représentant l'évolution de la quantité de dioxygène n_O2 formé au cours du temps. Décrire l'évolution de la vitesse de formation du dioxygène au cours du temps et justifier cette évolution.

b) Donner la valeur numérique finale de la quantité de dioxygène n_O2 formé.