Exercice corrigé Ancien programme

Facteurs cinétiques : rôle de la concentration

L'action du peroxodisulfate sur les ions iodure est lente et met en jeu les couples et . On dispose initialement de deux béchers contenant l'un un volume d'une solution d'iodure de potassium de concentration et l'autre un volume d'une solution contenant des ions peroxodisulfates de concentration .

Les ions iodures réagissent avec les ions peroxodisulfates pour donner du diiode et des ions sulfates.

À l'instant on mélange les deux solutions, le mélange est incolore.

1. Écrire l'équation bilan de la réaction d'oxydation de par .

2. Quel paramètre permet de mettre en évidence l'avancement de la
réaction ?

3. On effectue les mesures suivantes :

t (min)

0

5

10

15

30

40

50

60

70

80

90

100

(mol)

0

0,01

0,02

0,030

0,041

0,047

0,050

0,052

0,054

0,055

0,055

0,055

en fonction du temps t.

b. Comment évolue la vitesse au cours du temps ? Comment peut-on le justifier ?

4. Mesurer l'avancement final de la réaction. Cette réaction est-elle totale ?

5. Mesurer le temps de demi-réaction . Rappeler son interprétation.

6. Que peut-on faire pour oxyder plus rapidement les ions iodure disponibles initialement ?

7. On réalise maintenant la mesure de la concentration en diiode par un procédé spectrophotométrique, en suivant l'évolution de l'oxydation des ions iodures par le peroxodisulfate dans deux béchers différents. La température est la température ambiante, les concentrations initiales sont les suivantes :

 

Flacon 1

Flacon 2

0,000 50 mol/L

0,005 0 mol/L

0,002 0 mol/L

0,020 mol/L

On obtient les deux courbes suivantes représentant [I2] en fonction du temps :

a. Préciser quel est le réactif en défaut.

b. Mesurer le temps de demi-réaction dans les deux cas.

c. Attribuer son flacon à chaque courbe et justifier.

d. Que peut-on dire de la concentration en tant que facteur cinétique ?

  •  La vitesse d'apparition d'un produit à un instant t donné est directement proportionnelle au coefficient directeur de la tangente à la courbe représentant l'avancement x en fonction du temps. Plus ce coefficient est élevé plus la vitesse est grande, plus ce coefficient se rapproche de 0, plus cette vitesse est faible.

l Voir le savoir-faire 1 pour la notion d'avancement.

1. les ions iodures réagissent avec les ions peroxodisulfates selon la réaction :

2. Les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques car initialement, on dispose de :

et .

On peut donc définir l'avancement comme la quantité de diiode I2 formée :

3. a. On trace x en fonction du temps t :

b. La courbe d'avancement montre que la vitesse est maximale au début de la réaction, puis décroît progressivement jusqu'à s'annuler lorsque l'avancement final est atteint (réactifs consommés).

Microscopiquement cela provient du fait que la concentration des réactifs diminue avec le temps, rendant moins probables les chocs réactionnels.

4. Sur la courbe, on lit l'avancement final .

Or la quantité initiale de peroxodisulfate est

La réaction est donc totale (avec les réactifs en proportions stœchiométriques).

5. On constate que .

Le temps de demi-réaction est tel que   on lit sur la courbe .

6. Pour augmenter la vitesse de réaction, il faut jouer sur les facteurs cinétiques,
c'est-à-dire soit augmenter la température, soit augmenter la concentration des
réactifs.

7. a. On constate que dans les deux cas , donc les ions iodures sont en excès et les ions peroxodisuflfates en défaut.

b. Pour la courbe du haut, le temps de demi-réaction est , pour celle du bas, .

c. En regardant les valeurs des concentrations finales en diiode, on voit clairement que la courbe la plus haute correspond au flacon 2 et la courbe la plus basse au flacon 1.

d. La concentration du réactif en défaut joue clairement un rôle sur la vitesse de la réaction : une augmentation de sa concentration initiale augmente la vitesse.

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