|
|
couple redox
|
demi équation électronique
|
E° volt
|
|
H2O2 /H2O
|
H2O2 + 2H+ + 2e-
= 2H2O
|
1,77
|
|
O2/ H2O2
|
O2 + 2H+ +2e- = H2O2
|
0,69
|
|
MnO4- / Mn2+
|
MnO4- + 8H+ +5e-
=Mn2++ 4H2O
|
1,51
|
|
Fe3+ / Fe2+
|
Fe3++ e- =Fe2+
|
0,77
|
L'eau oxygénée H2O2 peut se
décomposée suivant la réaction :
2H2O2 --> O2 + 2H2O
C'est une réaction de dismutation lente à température
ambiante, catalysée par l'ion Fe3+. Le peroxyde d'hydrogéne
se comportant comme un réducteur peut être oxydé par l'ion permanganate
MnO4- suivant l'équation bilan :
2 MnO4- + 6H+ +5H2O2
--> 2 Mn2++ 5O2 +8H2O
Cette réaction est rapide à 25°C.
étude expérimentale :
Dans un erlenmeyer de 250 mL on verse 5 mL d'une solution
acidifiée de chlorure ferrique puis 85 mL d'eau. A l'instant origine on
ajoute 10 mL d'eau oxygénée du commerce.
Toutes les cinq minutes on prélève 10 mL du mélange précédent
auquel on ajoute 40 mL d'eau glacée et 10 mL d'une solution d'acide
sulfurique de concentration 1 mol/L. On dose chaque prise d'essai par
une solution de permanganate de potassium de concentration 0,02 mol/L.
Le volume de permanganate de potassium nécessaire pour obtenir
une coloration persistante sera noté V1. Les prélevements
éffectués ne modifient pas la cinétique de la réaction étudiée.
|
t(min)
|
0
|
5
|
10
|
15
|
20
|
25
|
35
|
40
|
50
|
60
|
|
V1 (mL)
|
17,9
|
14,8
|
12,6
|
10,8
|
9,2
|
7,8
|
6,2
|
5,4
|
4,5
|
3,6
|
- Pourquoi a-t-on ajouté de
l'eau glacée à chaque prélevement avant dosage par la solution de
permanganate de potassium ?
- Justifier que la concentration
en peroxyde d'hydrogène dans le milieu réactionnel en fonction de la
concentration en permanganate de potassium [ MnO4-
], du volume V1
versé et du volume V2 de peroxyde d'hydrogène H2O2
est :
[H2O2 ] = 2,5 [ MnO4- ] V1 / V2 .
- Calculer cette concentration aux différents instants indiqués dans le
tableau.
- tracer le graphe [H2O2 ] = f(t)
- déterminer graphiquement la vitesse initiale de disparition du
peroxyde d'hydrogène.
- déterminer le temps de demi réaction c'est à dire le temps au bout
duquel la moitié du peroxyde d'hydrogène initialement présent a disparu.
- Sans écrire d'équation bilan,
indiquer pourquoi les ions Fe3+ catalyse la dismutation du
peroxyde d'hydrogène.
corrigé
|
|
trempe :
l'ajout d'eau glacée réalise un blocage cinétique de la
réaction de dismutation de H2O2
.
la composition de la solution ne
varie plus : le dosage de H2O2 restant est alors
possible.
d'après l'équation bilan du
dosage par les ions permanganate:
A l'équivalence
|
MnO4- (mol)
|
H2O2 (mol)
|
|
coefficient équation
|
2
|
5
|
|
à l'équivalence
|
[MnO4-
] V1
|
[ H2O2
] V2
|
|
faire les produits en croix
|
2 [ H2O2
] V2 = 5[MnO4- ] V1
[ H2O2 ] = 2,5 [MnO4-
] V1 / V2
|
la solution commerciale d'eau oxygénée a éte
diluée 10 fois :
10 mL H2O2 dans 85 +5 +10 = 100 mL
[ H2O2 ] = 2,5
*0,02 / 10 V1= 5 10-3 V1.
il s'agit de la concentration de l'eau
oxygénée dans l'erlenmeyer
|
t(min)
|
0
|
5
|
10
|
15
|
20
|
25
|
35
|
40
|
50
|
60
|
|
V1 (mL)
|
17,9
|
14,8
|
12,6
|
10,8
|
9,2
|
7,8
|
6,2
|
5,4
|
4,5
|
3,6
|
|
102[H2O2
] mol/L
|
8,95
|
7,4
|
6,3
|
5,4
|
4,6
|
3,9
|
3,1
|
2,7
|
2,25
|
1,8
|
le potentiel 0,77 V du couple Fe3+ / Fe2+ est
compris entre le potentiel du couple O2/ H2O2
(0,69 V) et celui du couple H2O2 /H2O
(1,77 V). L'ion Fe3+ peut donc catalyser la réaction de
dismutation de l'eau oxygénée.
la réaction de dismutation lente est remplacée par deux
réactions rapides où intervient Fe3+.
|
