LA MATIÈRE
Évolution temporelle d'un système
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pchT_2000_00_27C
La matière
Étude cinétique de la réaction de dismutation de l'eau oxygénée
Intérêt du sujet • Ce sujet montre comment utiliser la notion de facteurs cinétiques pour interpréter des résultats expérimentaux de réactions chimiques.
La dismutation du peroxyde d'hydrogène (ou eau oxygénée) est une réaction lente à température ordinaire, mais sa vitesse peut être augmentée en présence d'un catalyseur, en utilisant par exemple des ions fer III, ou en augmentant la température. L'équation de la réaction associée à cette transformation est :
2 H2O2 (aq) → 2 H2O (l) + O2 (g)
L'eau oxygénée du commerce se présente en flacons opaques afin d'éviter que la lumière favorise la transformation chimique précédente.
▶ 1. Qu'appelle-t-on « facteur cinétique » ?
▶ 2. Deux facteurs cinétiques sont mis en évidence dans le paragraphe ci-dessus, lesquels ?
▶ 3. Citer un autre facteur cinétique étudié cette année.
▶ 4. Quel est le rôle des ions fer III ? Pourquoi n'apparaissent-ils pas dans l'équation de la réaction ?
▶ 5. On désire suivre l'évolution de cette réaction avec la formation du dioxygène. Justifier que le choix le plus approprié pour suivre la réaction est un pressiomètre.
La transformation étudiée est catalysée par les ions fer III. On mélange 10,0 mL d'une solution commerciale d'eau oxygénée avec 85 mL d'eau.
À l'instant t = 0 s, on introduit dans le système quelques millilitres d'une solution contenant des ions fer III. Au bout d'un temps déterminé, on prélève 10,0 mL du mélange réactionnel que l'on verse dans un bécher d'eau glacée.
On titre alors le contenu du bécher par une solution de permanganate de potassium afin de déterminer la concentration en peroxyde d'hydrogène, [H2O2], se trouvant dans le milieu réactionnel.
On obtient les résultats suivants :
![Tableau de 2 lignes, 7 colonnes ;Tetière de 1 lignes ;Ligne 1 : t (min);0;5;10;20;30;35;Corps du tableau de 1 lignes ;Ligne 1 : [H2O2] (en mol · L−1); 8,30 × 10−2; 7,00 × 10−2; 6,00 × 10−2; 4,00 × 10−2; 3,00 × 10−2; 1,90 × 10−2;](/modules-assets/images/9782401064171_images/011_pchT_2000_00_27C_Tab_0.png)
▶ 6. Dans le paragraphe ci-dessus, il est indiqué que l'« on prélève 10,0 mL du mélange réactionnel que l'on verse dans un bécher d'eau glacée ». Cette opération met en jeu simultanément deux facteurs cinétiques : lesquels ?
▶ 7. Comment peut-on expliquer que la concentration en eau oxygénée diminue au cours de la transformation ? Pourquoi diminue-t-elle de moins en moins vite au cours du temps ?
▶ 8. On représente ci-dessous l'évolution de la concentration d'eau oxygénée au cours du temps.
a) Donner l'expression de la vitesse de disparition de l'eau oxygénée.
b) Calculer sa valeur à l'instant t = 20 min.
Les clés du sujet
Le lien avec le programme
Les conseils du correcteur
▶ 2. Souvenez-vous de l'effet d'un facteur cinétique.
▶ 4. Gardez à l'esprit quelles sont les propriétés d'un catalyseur.
▶ 5. Remarquez qu'il n'y a qu'une seule espèce chimique formée qui est gazeuse.
▶ 8. a) Souvenez-vous que la vitesse doit toujours être positive et que la concentration d'un réactif diminue au cours du temps.
▶ 1. Définir un facteur cinétique
Un facteur cinétique est une grandeur physique (température, concentration, etc.) qui fait varier la vitesse d'une réaction chimique.
▶ 2. Identifier des facteurs cinétiques
Les deux facteurs cinétiques mis en évidence sont la température et la lumière.
▶ 3. Citer un facteur cinétique
Il s'agit de la concentration des réactifs.
▶ 4. Décrire le rôle d'un catalyseur
Un catalyseur est une espèce chimique qui accélère une réaction chimique. Il n'est pas consommé au cours de la réaction. Il n'apparaît donc pas dans l'équation de la réaction.
▶ 5. Justifier l'emploi d'un appareil de mesure
Le dioxygène étant le seul gaz formé, on peut utiliser un pressiomètre pour mesurer l'augmentation de pression due à sa formation.
▶ 6. Identifier des facteurs cinétiques
On dilue et on abaisse la température en même temps : les facteurs cinétiques sont la concentration des réactifs et la température.
▶ 7. Expliquer l'évolution temporelle d'une concentration
La concentration en eau oxygénée diminue car il s'agit d'un réactif qui est consommé. Elle diminue de moins en moins vite au cours du temps car la vitesse de la réaction diminue, puisque la concentration du réactif unique, l'eau oxygénée, diminue.
▶ 8. Donner l'expression d'une vitesse de disparition et la calculer
à noter
La concentration en réactif diminuant au cours du temps, la dérivée par rapport au temps est négative. C'est pourquoi il faut mettre un signe moins.
a) L'expression de la vitesse de disparition de l'eau oxygénée est : .
b) Déterminons graphiquement la vitesse à t = 20 min. La dérivée en un point de la courbe est égale au coefficient directeur de la tangente en ce point de la courbe.
Coeff =
Ainsi, veau oxygénée = = 2 × 10–3 mol · L−1 · min−1.