TPC8 : FACTEURS CINÉTIQUES D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE

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1 TPC8 : FACTEURS CINÉTIQUES D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE I- RÉACTIONS RAPIDES ET RÉACTIONS LENTES Expérience : Dans un bécher A, verser 10 ml d une solution de sulfate de fer II (Fe 2+ (aq) + SO 4 (aq) ) à 1, mol.l -1. Dans un bécher B, verser 10 ml d une solution d acide oxalique (H 2 C 2 O 4(aq) ) à 5, mol.l -1. Ajouter simultanément dans chaque bécher, 5 ml d une solution acidifiée de permanganate de potassium (K + - (aq) + MnO 4 (aq) ) à 1, mol.l -1. Agiter et comparer l évolution des mélanges. Questions : 1- Écrire les équations d oxydoréduction qui se produisent dans les béchers A et B. Les couples mis en jeu sont : Fe 3+ (aq) / Fe 2+ (aq), MnO 4 - (aq) / Mn 2+ (aq) et CO 2(aq) / H 2 C 2 O 4(aq) Laquelle de ces deux réactions est la plus rapide? 3- Pourquoi dit-on de ces deux réactions ont des cinétiques différentes? II- FACTEURS CINÉTIQUES 1- Influence des concentrations En milieu acide, les ions thiosulfate S 2 O 3 (aq) réagissent lentement avec les ions hydrogène H + (aq) pour donner du soufre S (s) et du dioxyde de soufre SO 2(aq) selon la réaction d équation : S 2 O 3 (aq) + 2 H + (aq) S (s) + SO 2(aq) + H 2 O (l) Le soufre reste en suspension dans la solution et le mélange s opacifie progressivement. L appréciation de la rapidité d évolution du système se fait en mesurant la durée t d nécessaire à la disparition visuelle d un motif placé sous le bécher et toujours observé dans les mêmes conditions. Manipulation : Proposer un protocole permettant de mettre en évidence l influence de la concentration initiale de l un des réactifs sur la rapidité de la réaction étudiée. Matériel disponible : - 3 béchers de 50 ml - 2 éprouvettes graduées de 10 ml - Un chronomètre - Trois solutions de thiosulfate de sodium (2 Na + (aq) + S 2 O 3 (aq) ) à 0, mol.l -1, 1, mol.l -1 et 5, mol.l -1. AE_cinetique Page 1 sur 6 DUCROUX

2 - Trois solutions d acide chlorhydrique (H + (aq) + Cl - (aq)) à 0, mol.l -1, 1, mol.l -1 et 5, mol.l -1. Mettre en œuvre le protocole après accord du professeur. Faire la synthèse des observations effectuées et conclure sur l influence des concentrations des réactifs sur la rapidité de l évolution d un système, siège d une réaction chimique. Influence de la température La réaction étudiée est la réaction entre les ions permanganate MnO 4 - (aq) et l acide oxalique H 2 C 2 O 4(aq) donnée en exemple dans la partie I. Lorsque l ion permanganate est le réactif limitant, la disparition, dans le mélange réactionnel, de la couleur violette indique la fin de la réaction. Manipulation : Proposer un protocole permettant de mettre en évidence l influence de la température sur la rapidité de la réaction étudiée. Conseils : - Écrire l équation de la réaction. - Calculer les quantités de matière des réactifs de façon à ce que les ions permanganate soient bien le réactif limitant. - Penser à s inspirer de l expérience de la partie I Matériel disponible : - 4 béchers de 50 ml - 2 tubes à essai - 2 éprouvettes graduées de 10 ml - Un chronomètre - Une solution acidifiée de permanganate de potassium (K + - (aq) + MnO 4 (aq) ) à 1, mol.l Une solution d acide oxalique (H 2 C 2 O 4(aq) ) à 5, mol.l De la glace pilée dans un cristallisoir. - Un bain marie à 50 C. - Mettre en œuvre le protocole après accord du professeur. - Faire la synthèse des observations effectuées et conclure sur l influence des concentrations des réactifs sur la rapidité de l évolution d un système, siège d une réaction chimique. Mettre en œuvre le protocole après accord du professeur. Faire la synthèse des observations effectuées et conclure sur l influence de la température sur la rapidité de l évolution d un système, siège d une réaction chimique. AE_cinetique Page 2 sur 6 DUCROUX

3 3- Influence du solvant Expérience : Dans un bécher A verser 5 ml de solution de thiosulfate de sodium (2 Na + (aq) + S 2 O 3 (aq) ) à 5, mol.l -1 et 5 ml d eau distillée. Dans un bécher B verser 5 ml de solution de thiosulfate de sodium (2 Na + (aq) + S 2 O 3 (aq) ) à 5, mol.l -1 et 5 ml d éthanol. Dans bécher C verser 5 ml de solution d acide chlorhydrique (H + (aq) + Cl - (aq)) à 5, mol.l -1 et 5 ml d eau distillée.. Dans bécher D verser 5 ml de solution d acide chlorhydrique (H + (aq) + Cl - (aq)) à 5, mol.l -1 et 5 ml d éthanol Verser simultanément le bécher C dans le bécher A et le bécher D dans le bécher B. Comparer l évolution des mélanges. Question : Que peut-on en conclure sur le rôle d un solvant sur la cinétique d une réaction chimique? 4- Influence des catalyseurs La réaction étudiée est la décomposition du peroxyde d hydrogène H 2 O 2 (présent dans l eau oxygénée) en dioxygène et eau selon l équation : 2 H 2 O 2(aq) O 2(g) + 2 H 2 O (l) Expérience : Dans quatre béchers A, B, C et D verser 20 ml d eau oxygénée à 30 volumes. Introduire : Questions : - Dans le bécher B, un peu de fer en poudre ; - Dans le bécher C, quelques gouttes d une solution concentrée de chlorure de fer III ; - Dans le bécher B, un petit morceau de navet contenant une enzyme, la catalase. 1- Qu observe-t-on dans les différents béchers? Conclure quant au rôle du platine, des ions fer III et de la catalase sur la cinétique de la réaction chimique. Proposer une définition pour les termes suivants : catalyseur, réaction catalysée, catalyse hétérogène, catalyse homogène et catalyse enzymatique. AE_cinetique Page 3 sur 6 DUCROUX

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5 Résultats d expériences I- Bécher A : réaction quasi_ instantanée Bécher B : environ 6 min II-1 10 ml de thiosulfate de sodium 10 ml d acide chlorhydrique Durée approximative C = 5, mol.l -1 C = 5, mol.l s C = 5, mol.l -1 C = 1, mol.l s C = 5, mol.l -1 C = 0, mol.l -1 1 min 6 s C = 1, mol.l -1 C = 5, mol.l -1 1min 17 s C = 0, mol.l -1 C = 5, mol.l -1 3 min 35 s II-2 Reprendre les données du I (Je n ai pas testé pour le bain marie et dans la glace) II-3 Eau comme solvant : environ 30 s Eau + éthanol comme solvant : environ 3 min. II-4 La catalyse avec les ions Fe 3+ fonctionne bien mais il faut un peu de patience, les autres, ce n est pas terrible. La feuille avec les croix sera placée sous plastique à chaque paillasse. AE_cinetique Page 5 sur 6 DUCROUX

6 Matériel : Elèves : Bureau : - 4 béchers de 50 ml - 2 tubes à essai + 1 bouchon - 4 éprouvettes graduées de 10 ml - Un chronomètre - un cristallisoir. - Un bain thermostaté + porte tubes - Eau distillée - solution de sulfate de fer II (Fe 2+ (aq) + SO 4 (aq) ) à 1, mol.l -1.(250 ml) + 2 béchers - solution d acide oxalique (H 2 C 2 O 4(aq) ) à 5, mol.l -1. (1 L) + 2 béchers - solution acidifiée de permanganate de potassium (K + (aq) + MnO 4 - (aq) ) à 1, mol.l -1 (500 ml) + 2 béchers - Trois solutions de thiosulfate de sodium (2 Na + (aq) + S 2 O 3 (aq) ) à 0, mol.l -1 (250 ml), 1, mol.l -1 (250 ml) et 5, mol.l -1 (1L).+ béchers(2x3) - Trois solutions d acide chlorhydrique (H + (aq) + Cl - (aq)) à 0, mol.l -1 (250 ml), 1, mol.l -1 (250 ml) et 5, mol.l -1 (1L).+ béchers(2x3) - Ethanol + bouchon pompe 5 ml - Une éprouvette graduée 25 ml - 4 béchers de 100 ml - Solution de chlorure de fer III concentrée - Morceau de navet - Fer en poudre + spatule - Solution d eau oxygénée à 30 volumes.(200 ml) AE_cinetique Page 6 sur 6 DUCROUX