Collège des Saints-Cœurs Examen-1 décembre 2011 Classes : TSM, TSV Durée : 90 min.

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1 Collège des Saints-Cœurs Examen-1 décembre 2011 Sioufi Classes : TSM, TSV Durée : 90 min. Chimie Attention! L usage d une calculatrice NON PROGRAMMABLE est autorisé La présentation est de rigueur La composition est de 5 pages. Elle comprend deux sujets obligatoires. Les pages 4 et 5 sont des annexes que vous rendez avec votre copie. Sujet-1- Suivi conductimétrique d une transformation chimique (8pts) Le but de cet exercice est d étudier la cinétique de l hydrolyse basique (saponificaton)d un ester (E) de formule, CH 3 COOC 2 H 5 par suivi conductimétrique. On mélange rapidement dans un bécher une quantité n 1 = 0,010 mol d hydroxyde de sodium (Na + + HO - ) et une quantité n 2 de l ester en excès, à 25C. Une réaction lente d équation : CH 3 COOC 2 H 5 (aq) + Na + (aq) + HO - (aq) = CH 3 COO - (aq) + Na + (aq) + C 2 H 5 OH (aq) se déroule dans le bécher. Cette réaction d hydrolyse de l ester est considérée comme une transformation chimique totale. On note V le volume total du mélange réactionnel. Données : On appelle constante de cellule le rapport de la conductance G et de la conductivité de la solutionσ. On peut donc écrire la relation G = k. σ Ion Na + HO - CH 3 COO - λ i :conductivité molaire 5, , , ionique (S.m 2.mol -1 ) 1.Étude de la conductance G À l aide d un conductimètre, on mesure la conductance G du mélange réactionnel au cours du temps. Les résultats sont groupés dans le tableau suivant : t(s) Après un long temps G( ms) 46,2 18,6 12,4 12,3 11,5 10,8 10,7 1.1 Expliquer la diminution de la conductance mesurée au cours de la transformation chimique. 1.2 Compléter le tableau d avancement de la feuille annexe que vous rendez avec la copie. 1.3 Donner l expression de la conductance initiale G 0 (à t= 0) en fonction de k, n 1, V et des conductivités molaires ioniques. 1.4 Donner l expression de la conductance G, à chaque date t, en fonction de x, k, n 1, V et des conductivités molaires ioniques, où x est l avancement de la réaction à la date t. 1.5 Donner l expression de la conductance G f au bout d un temps très long. 1.6 Établir la relation suivante : x = n 1 G G 0 G f - G 0 2. Étude cinétique de cette réaction 2.1 Calculer, à chaque date t, la valeur de l avancement de la réaction (Donner les résultats en complétant le tableau de la feuille annexe).

2 2.2 Tracer la courbe représentant la variation de x en fonction du temps t, x = ƒ (t), dans l intervalle de temps : [0 150 s]. Échelles à prendre : en abcisses 1cm pour 10s et en ordonnées 1 cm pour 10-3 mol Sujet-2- Deux antiseptiques (12pts) Le lugol et l eau oxygénée sont deux antiseptiques couramment utilisés. Les indications portées sur deux flacons de solutions commerciales contenant chacun de ces antiseptiques sont données dans le tableau ci-dessous. Lugol (Solution S 0 ) Eau oxygénée H 2 O 2 (aq) (Solution S 1 ) Composition : Eau iodée Composition : eau oxygénée stabilisée ou solution de diiode I 2 (aq) Concentration 10 volumes ou concentration molaire C 1 = 0,89 mol.l -1 On se propose dans cet exercice de tracer une courbe d étalonage à l aide d un spectrophotomètre afin d utiliser cet appareil pour : - déterminer la concentration molaire de la solution S 0 de diiode, - étudier la cinétique d une transformation chimique mettant en jeu l eau oxygénée. Les parties 2 et 3 sont indépendantes et peuvent être traitées séparément. 1. courbe d étalonage du spectrophotomètre On dispose de six solutions aqueuses de diiode de concentrations molaires apportées différentes. La mesure de l absorbance A de chaque solution a été réalisée avec un spectrophotomètre UV- visible rég1é à la longueur d onde λ = 500 nm. Le spectrophotomètre utilisé admet une gamme de mesures pour l absorbance de A 0 = 0 à A max = 2,0. Parmi les espèces chimiques présentes, le diiode est la seule espèce qui absorbe à 500 nm. Les résultats obtenus permettent de tracer la courbe d étalonage de la figure 1 de l annexe (à rendre avec la copie). 1.1 Justifier, à partir de la courbe d étalonage, que les grandeurs portées sont le graphe sont liées par une relation de la forme A = k [ I 2 ]. Déduire la valeur de k. 1.2 On note [ I 2 ] max la concentration molaire apportée en diiode au-delà de laquelle l absorbance d une solution de diiode n est pas mesurable par le spectrophotomètre utilisé ici. Déterminer graphiquement la valeur [ I 2 ] max en faisant clairement apparaître la méthode utilisée sur la figure 1 de l annexe. 2. Concentration molaire apportée de la solution de diiode S 0 Pour déterminer la concentration molaire en I 2 de la solution de diiode S 0, il est ici nécessaire de diluer dix fois la solution commerciale S 0. La solution obtenue est notée S' 0. Le matériel mis à disposition est le suivant : - Béchers 50 ml, 100 ml, 250 ml ; - Pipettes jaugées 5 ml, 10 ml, 20 ml ; - Eprouvettes graduées 10 ml, 20 ml, 100 ml ; - Fioles jaugées 100 ml, 250 ml ; 500 ml. 2.1 Choisir le matériel nécesaire pour préparer S' Sans modifier les réglages du spectrophotomètre, on mesure l absorbance de la solution S' 0 et on trouve A' = 1, Déterminer graphiquement, sur la figure 1 de l annexe, la concentration molaire apportée en I 2 de la solution S' 0. En déduire la concentration molaire en I 2 de la solution commerciale S 0. 2

3 2.2.2 Pourquoi a-t-il été nécessaire de diluer la solution commmerciale S 0?. 3. Suivi cinétique d une transformation chimique par spectrophotométrie La transformation qui a eu lieu dans l étude proposée est modélisée par la réaction dont l équation est : H 2 O 2 (aq) + 2I - (aq) + 2H + (aq) = I 2 (aq) + 2H 2 O (l) La mesure de l absorbance du diiode présent dans le milieu réactionnel, à la longueur d onde λ = 500 nm, permet de suivre l évolution temporelle de la quantité de diiode formé et de réaliser ainsi un suivi cinétique. La courbe A = ƒ (t) est donnée sur la figure 2 de l annexe. Afin de réaliser ce suivi cinétique : - on prépare une solution S 2 (concentration C 2 ) dix fois moins concentrée que la solution S 1 (concentration C 1 = 0,89 mol.l -1 ) d eau oxygénée commerciale. ; - on mélange, dans un bécher, V = 5,0 ml d acide sulfurique et V 3 = 9,0 ml d une solution d iodure de potassium ( I - + K + ) ; - à l instant t =0, on introduit dans le bécher un volume V 2 = 1 ml de la solution S 2 d eau oxygénée. Un échantillon du milieu réactionnel est versé dans une cuve que l on introduit dans le spectrophotomètre ( la valeur de k est trouvée en 1.1 ). Dans les conditions de l expérience, les ions I - et les ions H + (aq) sont introduits en excès par rapport à l eau oxygénée. 3.1 Définir un oxydant, écrire les couples oxydant/ réducteurs mis en jeu dans la réaction étudiée et les demi-équations électroniques correspondantes. 3.2 Compléter littéralement, en utilisant les notations de l énoncé, le tableau descriptif de l évolution du système donné sur la figure 3 de l annexe. 3.3 Établir l expression de l avancement χ (t) de la réaction en fonction de [ I 2 ] (t) et de V tot volume du mélange. 1 da 3.4 Montrer que la vitesse volumique de la réaction peut s écrire sous la forme : v (t) = k. dt 3.5 Calculer la valeur de la vitesse pour t = 5 min. Expliquer l évolution de cette vitesse au cours du temps Transformation totale ou limitée? À partir des résultats expérimentaux donnés sur la figure 2, déterminer la valeur de l avancement final χ f de la transformation étudiée Déterminer la concentration molaire C 2 de la solution S 2 de l eau oxygénée. Quelle est la valeur de χ max, H 2 O 2 étant le réactif limitant Déuire la valeur du taux d avancement final τ de la transformation. Conclure. 3.7 Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction. 3

4 Nom : Classe : TSM, TSV ANNEXE CH 3 COOC 2 H 5 (aq) + Na + (aq) + HO - (aq) = CH 3 CO 2 - (aq) + Na + (aq) + C 2 H 5 OH(aq) Avancement É.I. 0 En cours É.F. x x f Sujet-1- Question 1.2 Tableau d avancement t (s) G (ms) 46,2 18,6 12,4 12,3 11,5 10,8 x (x 10-3 ) mol Sujet-1- Tableau donnant les valeurs de x aux différentes dates Sujet-2- Figure 1 Courbe d étalonage 4

5 Sujet-2- Figure 2 La courbe A = ƒ (t) Sujet-2- Figure 3 Le tableau descriptif de l évolution du système 5

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