Mise en évidence des facteurs cinétiques

Objectifs :             Mettre en évidence deux facteurs expérimentaux influençant la cinétique d’une réaction chimique

             I.      Influence de la température

1.      Etude théorique de l’action des ions peroxodisulfate sur les ions iodure

On veut étudier l’action des ions peroxodisulfate S₂O₈^2- sur les ions iodure I^-. Il se forme du diiode I₂ qui colore en jaune une solution très diluée et en brun si la solution est concentrée.

Les deux couples oxydants réducteurs sont :

                        Ion peroxodisulfate / Ion sulfate            S₂O₈^2- / SO₄^2-
                        Diiode / Ion iodure                                           I₂ / I^-

·         Ecrire les deux demi-équations rédox associées aux couples précédents.
·         En déduire l’équation de l’action des ions peroxodisulfate S₂O₈^2- sur les ions iodure I^-.

2.      Manipulation

Rédiger un protocole expérimental à soumettre au professeur avant de l’exécuter. Préciser la liste du matériel utilisé, l’état initial et l’état final des systèmes considérés. Après avoir réalisé la manipulation, décrire les observations et énoncer la conclusion.

          II.      Influence de la concentration de l’un des réactifs

1.      Cas d’une réaction entre un solide et une espèce en solution :

a.      Etude théorique de l’action des ions oxonium sur le magnésium

On fait réagir, dans une enceinte fermée, les ions oxonium H⁺_aq contenus dans une solution d’acide chlorhydrique sur le magnésium métallique Mg. Il se forme alors du dihydrogène gazeux et des ions magnésium Mg²⁺_aq.

·        A partir de la présentation précédente, déterminer les couples oxydant / réducteur mis en jeu au cours de cette transformation.
·         Ecrire les demi-équations associées à ces couples et en déduire l’équation de la transformation.
·         Sachant que la masse linéique du ruban de magnésium est égale à 1 g.m^-1 et que ce dernier est en défaut, quel volume de dihydrogène théorique peut-on produire ? (Le volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience est égal à 24 L.mol^-1)

b.      Manipulation

·         Quelle est la durée pour que la totalité du magnésium réagisse ?
·        Relever le volume de gaz produit.

Expérience 2

Refaire l’expérience avec 20,0 mL d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration
[H⁺_aq]=2,0.10^-1 mol.L^-1.
·         Quelle est la durée pour que la totalité du magnésium réagisse ?
·        Relever le volume de gaz produit.

Interprétation

·         Quelles informations nous apportent les deux expériences précédentes ?
·        Conclure.

2.      Cas d’une réaction entre deux espèces en solution :

a.      Etude théorique de la réaction entre H₂O₂ et I^- :

Les couples mis en jeu sont : H₂O₂/H₂O et I₂/I^-. Ecrire l’équation chimique de cette réaction.

b.      Protocole expérimental :

Les solutions utilisées sont :
- une solution d'eau oxygénée à 0,1 mol.L^-1
- une solution d'acide sulfurique à 0,5 mol.L^-1.
- une solution d'iodure de potassium à 0,2 mol.L^-1.

La composition des systèmes est précisée dans le tableau ci-dessous :

Préparer d’abord dans les 3 premiers tubes l’eau oxygénée, l’acide sulfurique et l’eau distillée, puis dans 3 autres tubes bien repérés les différents volumes de solution d’iodure de potassium.

Verser simultanément dans les tubes relatifs à chaque expérience le volume d’iodure de potassium correspondant à l’instant t = 0 où l’on déclenchera le chronomètre.

Observer parallèlement les 3 tubes au bout de t = 1,5 min. Noter les observations.
Compléter le tableau suivant :

Conclure sur cette expérience.
Pourquoi faut-il démarrer les réactions simultanément ?
Quelle est l’espèce dont la concentration varie d’une expérience à l’autre ?
L’espèce dont la concentration varie pourrait-elle être le réactif limitant ?
Pourquoi a-t-on rajouté de l’eau distillée dans 2 des 3 tubes ?
Exercice complémentaire : proposer un protocole faisant varier la concentration de l’autre réactif.

       III.      Conclusion

·         Quels paramètres responsables de la différence d’évolution des systèmes chimiques ont été mis en évidence ?
·         Enoncer l’influence de chacun de ces paramètres sur la vitesse d’évolution.

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