Bac physique

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Nouvelle Calédonie Novembre 2004
ÉTAT FINAL D’UN SYSTÈME CHIMIQUE : ÉTUDE PAR SPECTROPHOTOMÉTRIE ET TITRAGE (6,5 points)

Les ions iodure (I-) réagissent avec les ions peroxodisulfate (S2O82-).
L’équation associée à la réaction s’écrit : 2I-(aq) + S2O82-(aq) = I2(aq) + 2SO42-(aq) (1)
En présence d’ions iodure, le diiode se transforme en ions triiodure (I3-) de couleur brune.
Poursimplifier l’écriture, on raisonnera à partir de l’équation (1) sans tenir compte de la formation des ions triiodure.
A un instant pris pour origine des dates (t = 0 min), on réalise un mélange réactionnel S à partir d’un volume V1 = 10,0 mL de solution aqueuse d’iodure de potassium (K+(aq) + I-(aq)) de concentration molaire en soluté apporté c1 = 5,0×10-1 mol.L-1 et d’un volume V2 = 10,0 mL desolution aqueuse de peroxodisulfate de sodium (2Na+(aq) + S2O82-(aq)) de concentration molaire en soluté apporté c2 = 5,0×10-3 mol.L-1.
1. Suivi spectrophotométrique de la transformation chimique.
On souhaite étudier la formation du diiode au cours du temps par spectrophotométrie.
Un prélèvement du mélange réactionnel S est introduit rapidement dans la cuve d’un spectrophotomètre dont la longueurd’onde est réglée sur une valeur adaptée à l’absorption par le diiode. On admettra que le diiode est la seule espèce colorée présente dans le mélange et qu’au cours de l’expérience la température de la solution reste constante.
Les résultats des mesures d’absorbance en fonction du temps sont rassemblées dans le tableau ci-dessous :
t (min) 1 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 30 40 50 60 90
A 0,08 0,13 0,230,31 0,39 0,45 0,50 0,55 0,59 0,62 0,65 0,74 0,77 0,79 0,79 0,79
1.1. La spectrophotométrie est une méthode non destructive pour suivre l’évolution d’un système chimique. Proposer une autre méthode de suivi cinétique non destructive.
1.2. La mesure de l’absorbance A de solutions aqueuses de diiode de différentes concentrations molaires c montre que A est proportionnelle à c. On détermine lecoefficient de proportionnalité k à partir du couple de valeurs (c = 5,0×10-3 mol.L-1 ; A = 1,70).
1.2.1. Montrer que la valeur du coefficient de proportionnalité k vaut 3,4×102 et préciser son unité.
1.2.2. Montrer, que pour que le mélange réactionnel S réalisé au début de l’étude, la quantité de matière de diiode formé à l’instant t s’exprime sous la forme :
1.2.3. Calculer la quantité dematière de diiode formé à l’instant de date t = 90 min.
1.3. On note x l’avancement de la réaction à l’instant de date t. a cet instant, la quantité de diiode formé est égale à x.
En utilisant les valeurs expérimentales et la relation donnée à la question 1.2.3., on obtient la courbe traduisant l’évolution de x en fonction du temps ; cette courbe est représentée sur l’ANNEXE A RENDRE AVEC LA COPIE.La vitesse volumique de réaction est définie par v = où VS correspond au volume de la solution.
1.3.1. En précisant la méthode utilisée, décrire l’évolution de cette vitesse au cours du temps.
1.3.2. La justifier d’après les connaissances du cours.
1.3.3. Donner une méthode qui permettrait d’obtenir plus rapidement la même quantité finale de diiode à partir du même mélange réactionnel S.2. titrage du diiode formé après 90 minutes de réaction.
On veut vérifier par un titrage la quantité de matière de diiode formé à l’instant de date t = 90 min. Pour cela, à cet instant, on introduit dans un erlenmeyer contenant de l’eau glacée un échantillon de volume
V = 5,0 mL du mélange réactionnel S. A l’aide d’une solution étalon de thiosulfate de sodium
(2Na+(aq) + S2O32-(aq)) deconcentration molaire en soluté apporté c’ = 2,5×10-3 mol.L-1, on titre le diiode présent dans l’échantillon en présence d’un indicateur de fin de réaction. L’équivalence est atteinte pour un volume V’E = 9,2 mL.
L’équation associée à la réaction support du titrage est :
I2(aq) + 2S2O32-(aq) = 2 I-(aq) + S4O62-(aq)
2.1. Représenter sur la copie le schéma du dispositif de titrage en précisant le...
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