7/25/2019 TS Chim Chap2 Exemple

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Chimie Terminale S

Chapitre 2

Document de cours

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Cintique suivie par titrage : exemple dtude

1 Cadre dtude : description du protocole exprimental

On se propose dtudier lvolution de la raction lente entre les ions iodure I(aq) et les ions

peroxodisulfate S2O82(aq) par titrage du diiode form diffrents instants.

On mlange initialement V1= 100,0 mL diodure de potassium (K+(aq) + I(aq)) de concentration

c1 = 0,40 mol.L1 et V2 = 100,0 mL de peroxodisulfate de potassium (2 K

+(aq) + S2O82(aq)) en

dclenchant le chronomtre. Le mlange ractionnel occupe un volume total de V = 200,0 mL.

On placera une dizaine de fois 10,0 mL du mlange quon placera dans une dizaine de bechers de 50

mL.

Pour chaque becher, des instants prcis, on ralisera une trempe chimique (ajout deau glace dans le

becher) et on utilisera une solution titrante de thiosulfate de sodium (2 Na+(aq) + S2O32(aq)) la

concentration c3= 0,020 mol.L1pour doser une espce forme linstant t considr : on en dduira la

valeur de lavancement linstant t.

2 Raction doxydorduction

La raction met en jeu les couples I2(aq)/I(aq) et S2O8

2(aq) / SO42(aq).

2 I(aq) = I2(aq) + 2 e

S2O82(aq) + 2 e = 2 SO4

2(aq)

S2O82(aq) + 2 I(aq) 2 SO4

2(aq) + I2(aq)

Lvolution peu rapide de la couleur du mlange ractionnel permet de conclure que la raction est lente

(mme si lapparition de la coloration brune due au diiode est assez rapide, la raction volue lentement

et la coloration saccentue progressivement).

Ltude cintique de cette raction ncessite de connatre divers instants soit les quantits de matiredes ractifs restants, soit les quantits de matire des produits forms.

3 Composition du mlange un instant t

A chaque instant choisi, une trempe chimique (addition deau glace) arrte la raction. La quantit de

diiode form est alors dtermine par titrage au thiosulfate de sodium.

t

(min)0 3 6 9 12 16 20 30 40 50 60

V3,E(mL)

0,0 2,5 5,1 7,1 8,4 10,6 11,4 14,1 15,6 16,1 16,4

Au regard de la stoechiomtrie de lquation de titrage,

I2(aq) + 2 S2O32(aq) 2 I(aq) + S4O6

2(aq)

on peut crire, dans le becher titr,2

2 32

( )( )

2

Ei

n S On I

cest--dire

3 3,

2( )

2

E

i

C Vn I

Comme nous travaillons dans un mlange ractionnel de V = 200,0 mL, dont nous prlevons 10,0 mL

(volume 20 fois plus petit) linstant t on remonte la quantit totale de diiode form dans le mlange

ractionnel en considrant un facteur 20,

2 2 3 3, 3,20 10 0,20i E En I n I C V V

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On obtient alors les rsultats suivants.

t (min) 0 3 6 9 12 16 20 30 40 50 60

n(I2)

(mmol)0,0 0,5 1,0 1,4 1,7 2,1 2,3 2,8 3,1 3,2 3,3

4 Avancement de la raction

Dressons le tableau davancement de la raction.

quation de la raction 2 I + S2O8

2 I2 + 2 SO4

2

tat du

systmeavancement n(I

) (mol) n(S2O82) (mol) n(I2) (mol) n(SO4

2) (mol)

tat initial 0 CV CV tat

intermdiairex CV x CV x x x

NB : pas de ligne tat final ici, puisquil nest a priori pas atteint linstant t !

On peut donc voir qu chaque instant, x = n(I2) : lavancement de la raction correspond la quantit de

diiode form linstant t, quantit que nous avons dose.

On obtient la reprsentation graphique suivante, donnant lvolution de lavancement au cours du temps.

http://www.uel-pcsm.education.fr/consultation/reference/chimie/cinet/observer/c_3/persulfate_1.htm

5 Temps de demi-raction

x = f(t)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 10 20 30 40 50 60 70

t (min)

x (mmol)

t1/2= 13,5 min

max

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On appelle temps de demi-raction la dure au bout de laquelle lavancement x est gal la moiti

de lavancement final xf.

Si la transformation est totale, lavancement final xfest gal lavancement maximal xmax.

Dans notre cas, xf= xmax= 3,6 mmol. On en dduit t1/2= 13,5 min.

En effet,

n(S2O82)i= 0,036 x 0,100 = 3,6.103mol = xmaxn(I)i = 0,40 x 0,100 = 4,0.10

2mol

Remarque : nous reparlerons de lvolution du temps de demi-raction avec la temprature du milieu

ractionnel.

6 Vitesse volumique de raction

La vitesse volumique de raction est dfinie par

1 dxv

V dt

o V est le volume de solution (normalement en m3

, mais le plus souvent en L) et xlavancementen mol. La vitesse volumique sexprime donc en mol.L

1.s

1ou en units drives (en volume ou en

temps).

La vitesse volumique de raction est proportionnelle au coefficient directeur de la tangente la courbe x

= f(t) linstant t. Si la transformation a lieu volume constant ce qui est souvent le cas en solution

aqueuse , la vitesse volumique de raction est proportionnelle dx

dt.

Pour la dterminer graphiquement en un instant t, nous devrons donc dterminer le coefficient directeur

de la tangente la courbe x(t) en ce point, et le multiplier par linverse du volume ractionnel.

x = f(t)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 10 20 30 40 50 60 70

t (min)

x (mmol)

v1v2

v3 v4v5

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On peut observer que le coefficient directeur des tangentes la courbe diminue au fur et mesure que la

transformation avance (les pentes des tangentes par rapport laxe des abscisses sont de moins en moins

grandes). La transformation ayant lieu volume constant, la vitesse volumique de la raction diminue.

En effet, au cours du temps, les ractifs sont consomms et leur concentration diminue. Nous avons dj

constat quune diminution de la concentration des ractifs ralentit la transformation.

Calcul de la vitesse volumique de raction pour t = 20 min

x = f(t)

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

0 10 20 30 40 50 60 70

t (min)

x (mmol)

Pour dterminer la vitesse de raction linstant t = 20 min, on trace la tangente la courbe

reprsentative de x(t) cette abscisse. On dtermine ensuite son coefficient directeur a = tan ,

1

20min tangente en t=20min

1,5tan 0,052 .min29t

dx xa mmol dt t

Pour obtenir la valeur de la vitesse, il ne reste qu diviser par le volume ractionnel, qui est de V =

200,0 mL,

Exercices dapplication et dapprofondissement (type bac) : n22 p. 53 et n26 p. 55

x = 1,5 mmol

t = 29 min

1 1

20min 3

20min

1 10,052 0,26 . .min

200,0.10t

t

dxv mmol L

V dt