Pendant une séance de travaux pratiques, des élèves sont chargés d'étudier la vitesse de la réaction de décomposition de l'eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène.Cette réaction s'effectue en présence d'un catalyseur, solution contenant des ions fer III Fe³⁺.

La réaction catalysée:

1. Ecrire l'équation bilan de la réaction de décomposition de l'eau oxygénée (H₂O₂) sachant qu'elle donne du dioxygène et de l'eau.
2. Quel est le rôle d'un catalyseur?

influence de la quantité de catalyseur :

On confie à différents groupes d'élèves l'objectif suivant :

Effectuer la réaction avec différentes quantités de catalyseur, afin de déterminer la quantité convenable pour que la décomposition de l'eau oxygénée, tout en demeurant lente, soit pratiquement terminée en une heure.

On constitue quatre groupes A, B, C, D: pour chacun la concentration c d'eau oxygénée (solution mère) est la même. La solution catalytique est également la même. Le procédé est le suivant :

- prélever 10 mL d'eau oxygénée et les introduire dans un bécher qu'on appellera le réacteur.

- ajout d'un volume V₁ d'eau.

- à la date t=0, ajouter un volume V₂ de catalyseur et déclencher simultanément le chronomètre.

	A	B	C	D
V1 (mL)	89	88	87	85
V2 (mL)	1	2	3	5

1. Dès les premiers instants les élèves constatent que le dégagement gazeux est plus important dans le réacteur du groupe D que dans celui du groupe A. Quelle est l'origine expérimentale de cette différence?
2. Que permet de déduire cette observation quand à la cinétique de la réaction?

étude cinétique :

A différentes dates imposées les élèves prélèvent à la pipette 10 mL du mélange réactionnel qu'ils placent dans un erlenmeyer contenant 50 mL d'eau distillée glacée. Un dosage par une solution S de permanganate de potassium acidifiée permet de déterminer la quantité d'eau oxygénée restante. A l'équivalence le volume de la solution S versée est notée V₃.

	A	B	C	D
t=0	18	18	18	18
t=10 min	12,1	9	6,5	4,1
t=20 min	9,4	5,2	3	0,5
t=30 min	7,8	3,1	1,4	0,1
t= 45 min	5,9	1,6	0,5	0,05
t=60 min	5	1	0,3	0

Le calcul de la concentration en mol / L en eau oxygénée est donnée par : [H₂O₂]= 5V₃ ( V₃ exprimée en litre)

1. Attribuer à chaque courbe le groupe correspondant (A, B ou D)
2. Calculer [H₂O₂] pour les dates mentionnées dans le cas du groupe C et tracer la courbe [H₂O₂] = f(t)
3. Déterminer graphiquement la vitesse instantanée de disparition de l'eau oxygénée à l'instant t= 20 min pour le groupe B.
4. Pour quelle raison la prise d'essai prélevée à l'instant t est-elle placée dans l'eau glacée?

Concentration initiale :

1. Déterminer graphiquement la concentration initiale de l'eau oxygénée dans le milieu réactionnel.
2. En étudiant la composition des mélanges A, B, C, D, montrer que la solution mère d'eau oxygénée a été diluée 10 fois. En déduire la concentration de la solution mère.

Choix de la quantité de catalyseur :

1. Parmi les 4 courbes obtenues trouver celle qui correspond le mieux à l'objectif fixé.
2. En déduire la valeur convenable du volume de solution catalytique à utiliser.