Comment suivre l évolution d une transformation chimique? + S 2 O 8 = I SO 4

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1 Afin d optimiser leurs procédés, les industries chimiques doivent contrôler le bon déroulement de la réaction de synthèse menant aux espèces voulues. Comment suivre l évolution d une transformation chimique? Nous allons étudier la cinétique de la réaction entre les ions iodure I - 2- et les ions peroxodisulfate S 2 O 8 2 I S 2 O 8 = I SO 4 Q1. A votre avis, quel paramètre physique du milieu permet d en suivre l évolution temporelle? Justifier. Q2. En vous aidant du spectre d absorption du diiode fourni en annexe 2, déterminer la longueur d onde de travail et expliquer votre choix. Ana E3. Relier le colorimètre à l ordinateur et utiliser la fiche méthode fournie en annexe 3 pour l étalonnage. Mesurer l absorbance correspondant aux solutions de diiode de concentrations suivantes : [I 2 ] (mol/l) 1,0 x ,0 x ,0 x ,0 x ,0 x ,0 x 10-3 E4. Regrouper vos mesures dans le tableur d atelier scientifique et représenter graphiquement A en fonction de [I 2 ]. (Attention, si U est en mv, ajouter 10-3 à l absorbance) APPEL N 1 Q5. La loi de Beer-Lambert est-elle vérifiée? En déduire l expression de l absorbance A de la solution en fonction de la concentration [I 2 ] en diiode. Val

2 a- Préparation d atelier scientifique - Sélectionner la voie 1 sur l axe des ordonnés et le temps sur l axe des abscisses. - Dans l onglet «paramètres», choisir une durée d acquisition de 2700s en continu avec une 50 ène de mesures. S entrainer à démarrer l acquisition. b- Préparation des réactifs E6. - Prélever environ 10 ml de solution d iodure de potassium (c 1 =0,50 mol/l) et les introduire dans un bécher. - Prélever avec précision 10 ml de solution de peroxodisulfate de potassium (c 2 =2, mol/l) et les introduire dans un autre bécher. - Mélanger les solutions contenues dans les 2 béchers et lancer au même instant l acquisition à l aide du logiciel atelier scientifique. - Homogénéiser rapidement le mélange avec un agitateur en verre et en transvaser rapidement une partie dans la cuve du spectrophotomètre. - Placer rapidement la cuve dans le spectrophotomètre et fermer le couvercle. APPEL N 2 Q7. Comment évolue l absorbance du milieu réactionnel en fonction du temps? Proposer une explication. Val Q8. Comment peut-on représenter graphiquement [I 2 ] = f(t) à partir des saisies faites à l ordinateur? Représenter cette courbe à l écran. Ana APPEL N 3

3 Q9. Etablir le tableau d avancement de la réaction et en déduire la relation entre x et [I 2 ]. Réa2 E10. Tracer alors x = f(t). APPEL N 4 Par définition, le temps de demi-réaction t 1/2 est l instant pour lequel l avancement de la réaction correspond à la moitié de l avancement final. Q11. En vous aidant du «pointeur» d atelier scientifique, déterminer graphiquement t 1/2. Faire apparaitre t 1/2 sur la courbe imprimée. Val Q12. Vérifier que la transformation semble terminée au bout d une durée dix fois plus longue que le temps de demiréaction. Expliquer. Val Q13. A l aide de l annexe 4, déterminer la valeur moyenne du temps de demi-réaction et l incertitude de répétabilité dans le cas où k = 2. Quel est le pourcentage de valeurs mesurées comprises dans l intervalle [t - 1/2 2 ; t + 1/2 2 ]? Val

4 ANNEXE 1 : PRİNCİPE DE LA SPECTROPHOTOMÉTRİE La spectrophotométrie est une technique qui repose sur l absorption de la lumière par les espèces chimiques. En effet, lorsque la lumière traverse une solution contenant une espèce chimique colorée elle est en partie absorbée et l absorbance A dépend de la concentration en espèce chimique : Absorbance : A = I₀ I faisceau de lumière d intensité I 0 faisceau de lumière absorbée d intensité I L absorbance ce mesure avec un spectrophotomètre (voir le principe sur le site solution colorée ANNEXE 2 : SPECTRE D ABSORPTION DU DIIODE 2,0 A A, Al (-----) 1,8 1,6 1,4 1,2 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 λ (nm) λ (nm)

5 ANNEXE 3 : ÉTALONNAGE DU SPECTROPHOTOMÈTRE 1) Introduire une cuve remplie d eau distillée dans le colorimètre (appelé «blanc»). Attention : manipuler la cuve sans mettre les doigts sur les faces transparentes 2) Introduire le filtre dans le colorimètre et fermer-le avec le couvercle noir. 3) Relier le colorimètre à la voie 1 du module ESAO et observer la valeur mesurée sur l onglet «mesure» du logiciel atelier scientifique 4) Mettre le sélecteur du colorimètre en position «transmittance (%T)» et régler la tension de sortie à 1,00 V à l aide des 2 potentiomètres de réglage 5) Remettre le sélecteur du colorimètre en position «absorbance A» et vérifier que la valeur mesurée est égale à zéro (=absorbance du blanc) ANNEXE 4 : INCERTITUDE D UNE MESURE EFFECTUEE PLUSIEURS FOIS Lorsqu un même opérateur répète plusieurs fois le mesurage de la même grandeur, dans les mêmes conditions expérimentales, on utilise des notions de statistiques pour analyser les résultats. Par exemple, la meilleure valeur à retenir pour la grandeur mesurée est la valeur moyenne m des mesures effectuées. L incertitude (appelée dans ce cas «incertitude de répétabilité») est liée à l écart-type de la série de mesures, au nombre de mesures n indépendantes et au facteur d élargissement k (qui dépend du nombre de mesures réalisées et du niveau de confiance choisi). De manière générale, la répétition des mesures améliore la précision.