Aurélie 01/02

cinétique de la réduction de l'eau oxygénée

Antilles 06/97.




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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

  1. Pourquoi a-t-on ajouté de l'eau glacée à chaque prélevement avant dosage par la solution de permanganate de potassium ?
  2. 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.
  3. 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+.



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