Chapitre 3
Activité 2 - Activité expérimentale
80 min
L'avancement d'une réaction
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Problématique de l'activité
En chimie industrielle, il est nécessaire de maîtriser les quantités de réactifs nécessaires pour élaborer la quantité souhaitée d'un produit donné.
Comment suivre l'évolution d'un système chimique et connaître son état final ?
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Doc. 1 Une réaction colorée
Il s'agit de la réaction entre les ions iodure et les ions
peroxodisulfate :
- c'est une réaction qui s'effectue en quelques minutes ;
- elle s'accompagne d'une coloration progressive de la solution, ce qui permet de faire un suivi colorimétrique.
\underset{\text{incolore}}{\text{S}_2\text{O}_8^{2-} \text{(aq)}} + \underset{\text{incolore}}{2\:\text{I}^-\text{(aq)}} \rightarrow \underset{\text{incolore}}{2\:\text{SO}_4^{2-}\text{(aq)}} + \underset{\text{brun}}{\text{I}_2 \text{(aq)}}
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Doc. 2 Protocole
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Doc. 3 Matériel nécessaire
Solutions :
Verrerie et matériel :
- \left(( \text{K}^+ \text{(aq)} ; \text{I}^-\text{(aq)}\right) à 0,50 mol·L-1 ;
- \left(2\: \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{8}^{2-}(\mathrm{aq})\right) à 5,0 \times10-3 mol·L-1.
Verrerie et matériel :
- deux pipettes graduées de 5 mL ;
- colorimètre relié à un PC et sa cuve.
Un colorimètre
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Doc. 4 Avancement et coefficients stœchiométriques
L'avancement x d'une réaction chimique permet de suivre l'état d'avancement d'une réaction.
Pour une réaction d'équation \text{a}\,\text{A}+\text{b}\, \text{B} \rightarrow \text{c}\, \text{C}+\text{d}\, \text{D}, la quantité de matière des réactifs sera :
De même, la quantité de matière des produits sera :
Pour une réaction d'équation \text{a}\,\text{A}+\text{b}\, \text{B} \rightarrow \text{c}\, \text{C}+\text{d}\, \text{D}, la quantité de matière des réactifs sera :
n(\mathrm{A})=n_{0}(\mathrm{A})-\mathrm{a} \times x et n(\mathrm{B})=n_{0}(\mathrm{B})-\mathrm{b} \times x.
De même, la quantité de matière des produits sera :
n(\mathrm{C})=n_{0}(\mathrm{C})+\mathrm{c} \times x et n(\mathrm{D})=n_{0}(\mathrm{D})+\mathrm{d} \times x.
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Doc. 5 Tableau d'avancement
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Questions
Compétence(s)
REA : Mettre en œuvre un protocole
RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique
RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique
1
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1. Calculer n_0(\text{I}^-) et n_{0}\left(\mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{8}^{2-}\right) et remplir la première ligne du tableau (cliquer et compléter les bulles 1, 2, 3 et 4 du tableau ci-dessus).
2. À l'aide du doc. 4 compléter les cases vides de la 2e ligne du tableau d'avancement (bulles 5 et 6 du tableau ci-dessus).
2. À l'aide du doc. 4 compléter les cases vides de la 2e ligne du tableau d'avancement (bulles 5 et 6 du tableau ci-dessus).
3. Trouver x_\text{max} en recherchant le réactif limitant, à savoir celui qui s'épuisera le premier (cases en bleu). Compléter la 3e ligne. Mettre en œuvre le protocole.
4. Sachant que seul le diiode \text{I}_2 est coloré, en appliquant la loi de Beer-Lambert, démontrer que A = \text{K} · x (\text{K} = Cte) et calculer \text{K} à partir de A_\text{max} et x_\text{max}.
4. Sachant que seul le diiode \text{I}_2 est coloré, en appliquant la loi de Beer-Lambert, démontrer que A = \text{K} · x (\text{K} = Cte) et calculer \text{K} à partir de A_\text{max} et x_\text{max}.
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Synthèse de l'activité
Calculer l'avancement x toutes les 5 min de l'expérience. Tracer la courbe x = f(t).
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