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Suivi cinétique d'une réaction

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ACTIVITÉ EXPÉRIMENTALE

90 minutes

2
Suivi cinétique d'une réaction

Pour étudier une vitesse de réaction, il faut effectuer le suivi de la concentration d’au moins une des espèces chimiques présentes dans l’équation‑bilan.

➜ Comment suivre une transformation impliquant une espèce colorée ?

Objectifs

Suivre l’évolution temporelle d’une concentration.
Justifier le choix d’un capteur de suivi temporel.

Doc. 1
Conditions expérimentales

Les ions peroxodisulfate

\text{S}_2\text{O}_8^{2-}(\text{aq})

et les ions iodure

\text{I}^-(\text{aq})

réagissent selon l’équation de réaction suivante :

\text{S}_2\text{O}_8^{2-}(\text{aq}) + 2 \ \text{I}^-(\text{aq})\rightarrow \ 2\ \text{S}\text{O}_4^{2-}(\text{aq}) + \text{I}_2(\text{aq})

Pour étudier cette réaction, on se propose de suivre la concentration en diiode

\text{I}_2(\text{aq})

formé, seule espèce chimique colorée.

Lors de cette expérience, la concentration en iodure de potassium

(\text{K}^+(\text{aq})

;

\text{I}^-(\text{aq}))

apporté est égale à

5,0 \times 10^{-1}

mol·L^-1 et celle du peroxodisulfate de potassium

(2 \ \text{K}^+(\text{aq})

;

\text{S}_2\text{O}_8^{2-} (\text{aq}))

5,0 \times 10^{-3}

mol·L^-1.

Doc. 2
Protocole expérimental

Verser $10{,}0$ mL de solution d'iodure de potassium $(\text{K}^+(\text{aq})$ ; $\text{I}^-(\text{aq}))$ dans un bécher.
Prélever avec précision, puis placer dans un second bécher 10,0 mL de solution de peroxodisulfate de potassium $(2 \ \text{K}^+(\text{aq})$ ; $\text{S}_2\text{O}_8^{2-} (\text{aq}))$ .
Verser le contenu du premier bécher dans le second en déclenchant le chronomètre.
Agiter pour homogénéiser.
Remplir rapidement une cuve avec ce mélange et l’introduire dans le spectrophotomètre.
À l’aide d’une interface, suivre l’absorbance $A$ de la solution en fonction du temps $t$ (200 points de mesure sur une durée totale de 40 min).
En l’absence d’interface d’acquisition, réaliser la mesure d’absorbance toutes les minutes.

Doc. 3
Spectre d'absorption du diiode

Vocabulaire

Temps de demi-réaction

Temps de demi-réaction : pour une réaction totale, il s’agit de la durée, notée

t_{1/2}

, durant laquelle la concentration du réactif limitant a diminué de moitié. Il peut également être défini comme la durée au bout de laquelle l’avancement de la réaction est passée à la moitié de sa valeur finale.

Compétences

✔ REA : Effectuer des mesures avec des capteurs

✔ VAL : Analyser des résultats

Questions

1. Prévoir la couleur de la solution en fin d’expérience. Justifier le choix de la spectrophotométrie comme technique de suivi cinétique.

2. Déterminer la longueur d’onde pour le réglage du spectrophotomètre. Effectuer le blanc et les réglages nécessaires.

3. À l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer la concentration finale attendue

c_{\text{f}}

en diiode

\text{I}_2 (\text{aq})

	Avancement	$+$	$\rightarrow$	$+$
État initial	$x=0$ mol
État final	$x_\text{max}$

4. Exprimer la concentration

[\text{I}_2]

en fonction de l’absorbance du milieu réactionnel

A

, de l’absorbance finale

A_\text{f}

et de la concentration finale

c_{\text{f}}

5. Tracer l’évolution de la concentration en diiode

\text{I}_2(\text{aq})

en fonction du temps

t

et déterminer le temps de demi-réaction

t_{1/2}

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Synthèse de l'activité

Reprendre l’étude en utilisant des solutions refroidies à l’aide d’un bain de glace. Conclure quant à l’influence de la température sur le temps de demi-réaction.

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