Exercice corrigé Ancien programme

Oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée - suivi par spectrophotométrie

L'oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée est une réaction dont l'équation s'écrit : .

On met en évidence la moindre trace de diiode I2 solubilisé en ajoutant quelques gouttes d'empois d'amidon. Celui-ci a la propriété de colorer la solution en bleu-noir en présence de la moindre trace de I2.

On prépare dans un bécher le mélange suivant :

  •  16 mL d'acide sulfurique de concentration  
  •  40 mL d'iodure de potassium de concentration  
  •  4,0 mL d'eau oxygénée de concentration .

On prélève une partie de ce mélange dans une cuve et on suit la cinétique de la réaction par spectrophotométrie.

On mesure l'absorbance A en fonction du temps à la longueur d'onde

On obtient le tableau suivant :

0

100

200

300

400

500

700

0

1,45

2,62

3,50

4,20

4,75

5,50

900

1 000

1 300

1 500

1 800

2 000

2 500

6,00

6,10

6,40

6,50

6,60

6,60

6,65

1. Rappeler l'expression de la loi de Beer-Lambert en précisant les unités des différents termes.

2. Expliquer comment la mesure de l'absorbance A permet de déterminer la valeur de la concentration en diiode I2 au cours du temps.

3. a. Identifier les couples oxydant/réducteur mis en jeu lors de l'oxydation des ions iodure par l'eau oxygénée.

b. Déterminer le réactif limitant dans cette réaction.

4. Déduire des mesures précédentes le tableau de l'avancement x de la réaction en fonction de t.

5. Tracer la courbe de x en fonction de t. Calculer l'avancement final xf de la réaction.

6. Que peut-on dire de la vitesse de la réaction au cours du temps ? Quel facteur cinétique permet d'expliquer l'évolution de la vitesse au cours du temps ?

7. Déterminer le temps de demi-réaction .

  •  La loi de Beer-Lambert stipule que l'absorbance A d'une solution diluée (en composant absorbant noté i ) est proportionnelle à la concentration C de i.

Une mesure d'absorbance permet donc de fait une mesure de concentration.

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

1. Le diiode étant la seule espèce colorant la solution, la loi de Beer-lambert peut s'écrire : .

A est sans dimension  ε est une constante à la longueur d'onde λ considérée, le coefficient d'extinction molaire, qui s'exprime en   L est la largeur de la cuve utilisée, en cm.

2. La relation entre A et est linéaire, la constante de proportionnalité étant .

On peut déduire de l'absorbance A à un temps donné et à une longueur d'onde
donnée, la concentration en diiode : .

3. a. La réaction s'écrit : .

Les couples oxydant/réducteur sont et .

b. On dresse le tableau des quantités de matières initiales.

 

H2O2

ni (mol)

D'après les nombres stœchiométriques de la réaction et les quantités initiales des réactifs, c'est qui est le facteur limitant.

4. On sait que est le facteur limitant, l'avancement est égal à la quantité de I2 formée à l'instant .

On dresse le tableau suivant :

t (s)

0

100

200

300

400

500

700

x (mol)

0

t (s)

900

1 000

1 300

1 500

1 800

2 000

2 500

x (mol)

5. L'avancement final est , ce qui montre que , le facteur limitant, a été entièrement consommé.

On trace la courbe  :

6. La vitesse diminue au cours du temps, car la concentration en réactifs (, et ) diminue, ce qui diminue la probabilité des chocs microscopiques entre réactifs.

7. Le temps de demi-réaction correspond au temps pour lequel l'avancement atteint la moitié de sa valeur finale :

.

Sur la courbe, on lit : .

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