Cette réaction est lente à température ordinaire mais sa vitesse peut être augmentée en présence d'un catalyseur.

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1 D après Réunion 007 Exercice 1 : Étude cinétique de la disutation de l'eau oxygénée Calculatrice interdite L'eau oxygénée coerciale est une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène utilisée coe désinfectant pour des plaies, pour l'entretien des lentilles de contact ou coe agent de blanchient. Le peroxyde d'hydrogène (H O ) intervient dans deux couples oxydant-réducteur : H O (aq) / H O (l) et O (g) / H O (aq). Le peroxyde d'hydrogène est capable dans certaines conditions de réagir sur lui-êe c'est à dire de se disuter selon l'équation de réaction suivante : H O (aq) = H O (l) + O (g) Réaction 1 Cette réaction est lente à tepérature ordinaire ais sa vitesse peut être augentée en présence d'un catalyseur. Données : olue olaire des gaz dans les conditions de l'expérience : 5 L.ol -1. La partie 3 est indépendante des parties 1 et. Partie 1 : Étude de la réaction de disutation 1. Écrire les deux dei-équations d'oxydoréduction des deux couples auxquels le peroxyde d'hydrogène appartient.. Copléter le tableau d'évolution du systèe en annexe à reettre avec la copie. Partie : Déterination de la concentration initiale de la solution de peroxyde d'hydrogène L'eau oxygénée du coerce se présente en flacons opaques afin d'éviter que la luière favorise la transforation chiique précédente. Le flacon utilisé dans cette étude porte la ention suivante : eau oxygénée à 10 volues. Cette indication est appelée le titre de l'eau oxygénée. Par définition, le titre est le volue de dioxygène (exprié en litres) libéré par un litre de solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène suivant la réaction de disutation dans les conditions norales de tepérature et de pression (réaction 1). On considérera, en preière approxiation, que les conditions de l'expérience sont assiilables aux conditions norales. Avant de réaliser le suivi cinétique de la réaction de disutation, on désire vérifier l'indication donnée sur le flacon concernant le titre de l'eau oxygénée de la solution coerciale utilisée. 1. Calcul de la valeur attendue de la concentration en peroxyde d'hydrogène Par définition du titre de l'eau oxygénée, quel volue de dioxygène (O ) serait libéré par un volue = 1,00 L de la solution coerciale au cours de la réaction de disutation du peroxyde d'hydrogène? 1.. Calculer la quantité de dioxygène foré au cours de cette transforation La transforation précédente étant considérée coe totale, vérifier que la concentration en peroxyde d'hydrogène notée [H O ] th de cette solution coerciale (valeur théoriqueent attendue) a pour valeur : [H O ] th = 8, ol.l -1.

2 . Déterination de la valeur réelle de la concentration en peroxyde d'hydrogène. Pour vérifier la valeur de la concentration précédente, on réalise le «titrage» d'un volue 0 = 10,0 L de cette solution par une solution de peranganate de potassiu acidifiée de concentration en soluté C 1 =, ol.l -1. On va verser progressiveent la solution de peranganate de potassiu dans le bécher contenant le volue 0 d eau oxygénée. Jusqu à un instant appelé «équivalence» du titrage. A l équivalence, on change de réactif liitant, les réactif ont alors été introduits dans les proportions stoechioétriques. (A l équivalence, on peut considérer que les deux réactifs sont liitants, leurs quantités de atière sont donc nulles) Les couples oxydant-réducteur intervenant au cours du titrage sont MnO 4 (aq) / Mn + (aq) et O (g) / H O (aq). Le volue de peranganate de potassiu versé pour obtenir l'équivalence est eq =14,6 L. L'équation de la réaction de titrage est la suivante : 5 H O (aq) + MnO 4 - (aq) + 6 H 3 O + (aq) = 5 O (g) + Mn + (aq) + 14 H O (l) Réaction.1. Quel est le réactif liitant avant l équivalence? Après l équivalence?.. L'ion peranganate MnO 4 (aq) donne une coloration violette aux solutions aqueuses qui le contiennent. Coent l'équivalence est-elle repérée au cours du titrage?.3. Quelle relation peut-on écrire entre la quantité initiale de peroxyde d'hydrogène se trouvant dans le bécher n 0 (H O ) et la quantité d'ions peranganate introduits dans le bécher à l'équivalence n eq (MnO 4 - )?.4. Donner l'expression de la concentration en peroxyde d'hydrogène de la solution coerciale [H O ] exp en fonction de C 1, 0 et eq..5. Montrer que l'on a : [H O ] exp = 7, ol.l Coparer à la valeur obtenue à la question 1.3. Les erreurs de anipulation ises à part, coent peut-on expliquer l'écart de concentration obtenu? Partie 3 : Étude cinétique de la disutation du peroxyde d'hydrogène La disutation du peroxyde d'hydrogène est une réaction lente ais qui peut être accélérée en utilisant par exeple des ions fer III (Fe 3+ (aq)) présents dans une solution de chlorure de fer III, un fil de platine ou de la catalase, enzye se trouvant dans le sang. L'équation de la réaction associée à cette transforation est donnée dans l'introduction (réaction 1). 1. Donner la définition d'un catalyseur.. À quel type de catalyse correspond la catalyse réalisée par un fil de platine?

3 La transforation étudiée est catalysée par les ions fer III. On élange 10,0 L de la solution coerciale d'eau oxygénée avec 85 L d'eau. À l'instant t = 0 s, on introduit dans le systèe 5 L d'une solution de chlorure de fer III. Au bout d'un teps déteriné, on prélève 10,0 L du élange réactionnel que l'on verse dans un bécher d'eau glacée. On titre alors le contenu du bécher par une solution de peranganate de potassiu afin de déteriner la concentration en peroxyde d'hydrogène se trouvant dans le ilieu réactionnel. On obtient les résultats suivants : t(in) [H O ] ol.l -1 7, ,5 10-4,0 10 -, ,1 10-0, On donne en Annexe à rendre avec la copie l'évolution de la concentration en peroxyde d'hydrogène en fonction du teps. 3. Coent peut-on expliquer que la vitesse de la transforation diinue au cours de la transforation? 4. Donner la définition du teps de dei-réaction t 1/. 5. Déduire graphiqueent la valeur de t 1/. (indiquer la déarche sur le graphique de l annexe à rendre avec la copie) 6. Si la transforation chiique étudiée avait été réalisée à une tepérature plus élevée, coent aurait évolué le teps de dei-réaction? Justifier.

4 Question 1. (tableau d évolution du systèe). ANNEXE DE L EXERCICE 1 État du systèe Équation chiique H O (aq) = H O (l) + O (g) Avanceent (en ol) Quantités de atière (en ol) État initial x = 0 n 0 (H O ) n 0 (O )= 0 État en cours de transforation x(t) État final x ax Question 3.5 :

5 Réunion 007 Exercice 1 Étude cinétique de la disutation de l eau oxygénée (6,5pts) Calculatrice interdite Partie 1 : Étude de réaction de disutation 1. Couple H O (aq) / H O (l) H O (aq) + e + H + (aq) = H O (l) Couple O (g) / H O (aq) O (g) + e + H + (aq) = H O (aq). équation chiique H O (aq) = H O (l) + O (g) État du Avanceent systèe (en ol) Quantités de atière (en ol) État initial x = 0 n 0 (H O ) n 0 (O )= 0 Etat en cours de transforation x (t) n t (H O ) = n 0 (H O ) x(t) n(o ) = x = État final x ax n(h O ) = n 0 (H O ) x ax x ax = Partie : Déterination de la concentration initiale de la solution de peroxyde d hydrogène 1. Calcul de la valeur attendue de la concentration en peroxyde d hydrogène Par définition, (O ) = 10 L puisque le flacon porte la ention «10 volues». 1.. Si la transforation est totale, n(o ) = x ax = n(o ) = 10 5 = = 0,40 ol (O ) ax (O ) (O ) 1.3. D après le tableau d avanceent, si la transforation est totale alors le peroxyde d hydrogène est totaleent consoé, soit n 0 (H O ) x ax = 0 ou [H O ] th. x ax = 0 avec x ax = [H O ] th = [H O ] th = (O ) 10 5 ax / /1,00 = 0,80 ol.l 1 Alors [H O ] th.. (O ) ax (O ) = 0 ax. Déterination de la valeur réelle de la concentration en peroxyde d hydrogène Avant l équivalence, MnO 4 est réactif liitant, la solution est incolore. À l équivalence, il y a changeent de réactif liitant. Juste au-delà de l équivalence, les ions peranganate constituent le réactif en excès. Ils donnent une coloration violette au ilieu réactionnel, ce qui peret de repérer l équivalence..3. À l équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchioétriques, soit d après l équation chiique :.4. HO [H O ] eq = n.5. [H O ] eq = H O 0 neq MnO 5. C. exp 0 1 eq 5 5. C. 1 eq , ,6 10,0 4 = , 6 0,0 = ,6 = 7, ol.l 1.6. [H O ] th = 8, ol.l 1 > [H O ] eq On peut penser qu une partie du peroxyde d hydrogène a réagi sur lui-êe avant que l on procède au titrage. Cette réaction est lente à tepérature ordinaire, ais elle peut expliquer que l on obtienne une concentration expérientale inférieure à la concentration théorique.. ax

6 Partie 3 : Étude cinétique de la disutation du peroxyde d hydrogène 1. Un catalyseur est une espèce chiique qui, par sa présence dans le ilieu réactionnel, augente la vitesse d une transforation chiique spontanée et se retrouve inaltérée, du point de vue chiique, à la fin de la transforation.. Le fil de platine est un solide, et le peroxyde d hydrogène est en solution aqueuse, il s agit d une catalyse hétérogène. [H O ] (ol.l 1 ) 7,0 10 6,0 10 5,0 10 4,0 10 [H O ] 0 / 3,0 10,0 10 1, t 1/ t (in) 3. La concentration en réactifs est un facteur cinétique. Au début, la concentration en peroxyde d hydrogène est élevée, la vitesse voluique de la transforation est grande. Au fur et à esure de la consoation du peroxyde d hydrogène, sa concentration diinue et donc la vitesse diinue. 4. Le teps de dei-réaction est la durée au bout de laquelle l avanceent a atteint la oitié de sa valeur finale : x(t 1/ ) = x. f 5. Graphiqueent, on déterine l abscisse du point d ordonnée [H O ] = c). On trouve t 1/ copris entre 1 et 13 inutes. 7,30 10 = 3,65 10 ol.l 1 (soit 7,30 6. La tepérature est un facteur cinétique, une tepérature plus élevée aurait augenté la vitesse voluique de la transforation. La concentration initiale étant restée la êe, [H O ] aurait diinué plus rapideent et le teps de dei-réaction serait plus court.