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Objectif : Mettre en évidence des réactions lentes et différents facteurs cinétiques

I. Influence des concentrations molaires

Réactions entre les ions thiosulfate et l'acide chlorhydrique

On étudie la cinétique de production de soufre qui entraînera la coloration du milieu.
On note le temps t auquel la croix disparaîtra.

· Sur 6 bouts de papier, dessiner 6 croix et poser 6 béchers dessus.

Expérience A :

· Effectuer les mélanges suivants : 4 gouttes de HCl à 6,0 mol.L^-1 (Attention DANGER).
dans 30,0 mL de thiosulfate de concentration Ci
· Compléter le tableau

Expérience B :
· les mélanges suivants : 2,0 mL de HCl de concentration Ci
dans 10,0 mL de thiosulfate de concentration 10^-1 mol.L^-1
· Compléter le tableau

Questions et interprétation :

1. Quel est l'objectif de l'expérience A ?
2. Quel est l'objectif de l'expérience B ?
3. Que montre l'expérience A ?
4. Que montre l'expérience B ?

Conclusion : Une transformation chimique est d'autant plus ……………….. que la concentration des ………………..

II. Influence de la température.

A. Dissolution d'un comprimé d' Alka-Seltzer.

L' Alka-Seltzer contient un mélange de dihydrogénophosphate de calcium, d'hydrogénocarbonate de sodium, de l'acide citrique et de l'aspirine (acide acétylsalicylique).
Dans l'eau, s'effectuent les réactions suivantes :

o Remplir deux béchers de 250 mL avec environ 200 mL d'eau: l'un d'eau froide (avec quelques glaçons), l'autre d'eau chaude.
o Jeter en même temps deux comprimés d'Alka-Seltzer.

Questions et interprétation :

1. Quelle est l'influence de la température sur la dissolution des comprimés d'Alka-Seltzer.
2. Quel est le nom du gaz qui se dégage ? Par quel test pourrait-on l'identifier ?
3. Avec quel(s) instrument(s) pourrait-t-on effectuer une mesure quantitative de son dégagement ?

Conclusion : Une transformation chimique est …………………………… lorsque la température est ………………

B. Test de présence du glucose (fonction aldéhyde) avec la liqueur de Fehling.
Expérience réalisée par le professeur devant la classe.

o Dans deux tubes à essais, on verse une solution de glucose et un peu de réactif de Fehling.
o Le premier tube est laissé à température ambiante.
o Le second tube est chauffé au bec bunsen.

Questions et interprétation :

1. La couleur du précipité obtenu après chauffage est …………………………..
2. La transformation est …………………………?
3. Quelle est l'influence de la température sur cette transformation ?

Remarque : La liqueur de Fehling contient des ions Cu²⁺(aq) complexé par des ions tartrate en milieu basique.
Le précipité obtenu a pour formule Cu2O(s).
Voir livre page 31.

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Objectif : Etudier l'évolution de la vitesse volumique de la réaction de l'ion peroxodisulfate avec l'ion iodure.

Principe : Le diiode formé lentement au cours de la transformation chimique est dosé par une solution de peroxodisulfate de sodium.

Les transformations chimiques mises en jeu :

· Réaction lente entre l'ion peroxodisulfate avec l'ion iodure:

· Réaction rapide de dosage du diiode par le peroxodisulfate de sodium :

Expérience de suivi de la cinétique :

· Préparation de la burette :

o Rincer une première fois la burette à l'eau.
o Rincer une seconde fois la burette avec la solution de thiosulfate de sodium. CNa2S2O3 = 1,0 x 10^-3 mol.L^-1
o Remplir la burette avec la solution de thiosulfate de sodium.
o Ajuster le zéro.
o Veiller à ce qu'il n'y ait pas de bulle d'air sous le robinet.

· Réaction lente de l'ion peroxodisulfate avec l'ion iodure :

o Mettre dans un bécher, 50 mL de la solution aqueuse d'iodure de potassium. CKI = 2,5 x 10^-1 mol.L^-1
o Placer le bécher sur un agitateur magnétique et mettre en route l'agitation.
o Déclencher le chronomètre au moment où vous versez 50 mL de la solution aqueuse de peroxodisulfate de sodium.
CNa2S2O8 = 5,0 x 10^-3 mol.L^-1

· Prélèvement et dosage du mélange réactionnel à différentes dates :

o Prélever 5,0 mL du mélange avec une pipette jaugée.
o Verser ce volume dans un bécher contenant environ 25 mL d'eau glacée. Ce moment correspond à la date t à relever au chronomètre.
o Doser le contenu du bécher avec la solution aqueuse de thiosulfate de sodium de concentration connue.
o Quand la solution est presque incolore (jaune très claire), ajouter quelques gouttes d'empois d'amidon. Une couleur bleue apparaît.
o Noter le volume de thiosulfate versé afin d'observer une disparition de la couleur bleue.

Rôle de l'empois d'amidon ajouté en fin de réaction

L'empois d'amidon en présence de diiode est bleu.
A la fin du dosage, c'est à dire lorsque tout le diiode a réagi avec l'ion thiosulfate, cette couleur bleu disparaît.
L'empois d'amidon est un indicateur de fin de réaction.

o Effectuer cette manipulation toutes les 5 minutes et noter à chaque fois le volume de thiosulfate de sodium.

Résultats :

o Compléter le tableau suivant :

Exploitation des résultats :

o Tracer le graphe ndiiode = f(t) en utilisant le tableur excel.
o Imprimer le graphe.

o Faire le bilan de matière à une date t, pour la transformation chimique mise en jeu lors de la réaction lente, en faisant intervenir x, l'avancement de la réaction. Compléter le tableau ci-dessous.

Réaction lente entre l'ion peroxodisulfate avec l'ion iodure

Questions :

1. Définir la vitesse de réaction de formation du diiode.
2. Déterminer graphiquement les vitesses volumiques de réaction aux dates t0 = 0 min, t1 = 10 min, t2 = 30 min, et t3 = 50 min.
3. Comment évolue la vitesse volumiques de réaction au cours du temps ? Interpréter.
4. Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction t1/2.
5. Pourquoi verse-t-on chaque prélèvement dans de l'eau glacée ?

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Transformation lente étudiée : Réduction de l'eau oxygénée par les ions iodures.

Equation de la réduction :

Les quatre étapes du TP :

1. Détermination de la longueur d'onde l max correspondant au maximum d'absorption du diiode.
2. Etablissement de la courbe d'étalonnage C = f(A)
3. Etude de la cinétique par spectrophotométrie.
a. Tracé de la courbe A = f(t)
b. Tracé de la courbe C = f(t)

I. Détermination de la longueur d'onde l max correspondant au maximum d'absorption du diiode.

Question préalable : Pourquoi déterminer lmax ?

Pour obtenir le spectre d'absorption du diiode, vous disposez de :

- un spectrophotomètre relié à un ordinateur.
- un logiciel d'acquisition.

Attention au sens de la cuve. La tenir sur les faces striées et la placer tel que les faces lisses soient dans l'axe du faisceau.

- Introduire la cuve contenant une solution de diiode de concentration 5 x 10^-3 mol.L^-1
- Lancer l'acquisition en cliquant sur OK. (Durée environ 5 min).
- Fermer à la fin de l'opération.

On obtient la courbe A = f(l).

Imprimer cette courbe.
Enregistrer sous bureau / spectrophotométrie / courbe absorbance1

- Déterminer la longueur d'onde correspondante au maximum d'absorption du diiode.

II. Etablissement de la courbe d'étalonnage C = f(A)

Question préalable : Pourquoi établir la courbe d'étalonnage C = f(A) ?

- Sur le spectrophotomètre.

o Choisir la longueur d'onde maximale trouvée précédemment.
o Introduire la cuve d'eau distillée et faire un blanc en appuyant sur CAL
o Introduire la cuve contenant la solution de diiode de concentration C = 0,5 x 10^-3 mol.L^-1
o Lire la valeur de l'absorbance.

- Sur le tableur Excel.

o Noter cette valeur et celle de la concentration sur le tableur Excel.
o Répéter ces opérations (sauf le blanc) pour les concentrations :

§ C = 1,0 x 10^-3 mol.L^-1
§ C = 2,0 x 10^-3 mol.L^-1
§ C = 3,0 x 10^-3 mol.L^-1

o Tracer le graphe C = f(A)
o Imprimer la courbe.

- Déterminer le coefficient directeur de la droite obtenue.

III. Etude de la cinétique par spectrophotométrie.

Question préalable : quelles grandeurs varient au cours du temps ?

1. Tracé de la courbe A = f(t)

On effectue deux fois le mélange suivant dans deux béchers différents notés bécher reférence et bécher solution :

- 5,0 mL d'acide sulfurique de concentration 0,5 mol.L^-1
- 5,0 mL d'iodure de potassium de concentration 2,0 x 10^-1 mol.L^-1
- 24,0 mL d'eau distillée.

Remplir la cuve du mélange du bécher référence. Cette cuve servira à faire le blanc.

Début de la cinétique

Une fois que le blanc a été fait, verser :

- 1,0 mL d'eau oxygénée de concentration 1,8 x 10 mol.L^-1 (solution à 2 volumes)
dans le deuxième bécher.

- Mélanger, remplir la cuve, et la mettre dans le spectrophotomètre.
- Lancer l'acquisition, en cliquant sur OK.

Attention : cette étape doit-être réalisée en moins de 15 secondes.

Lorsque l'acquisition est terminée, cliquer sur fermer.

2. Tracé de la courbe C = f(t).

- Quitter synchrochim et la courbe Absor = f(temps) apparaît.
- Sauvegarder le fichier dans bureau / spectrophotométrie / courbe absorbance2
- Imprimer le courbe.

- Afin d'obtenir le graphe C = f(t), remplacer l'ordonnée (Absorbance) par les concentrations correspondantes en utilisant le résultat de la courbe d'étalonnage.
- La vitesse volumique de la transformation chimique, en début de réaction :
o augmente-t-elle ?
o est-elle constante ?
o diminue-t-elle ?
- Déterminer cette vitesse à la date t0 = 0 s.