État initial n 0 n 1 Excès 0 0 Excès État intermédiaire. n 0 3x n 1 2x Excès 3x 4x Excès. État final n 0 3x éq n 1 2x éq Excès 3x éq 4x éq Excès 2.3.

Transcription

1 Taux d alcoolémie (Réunion 2008 ) 1.Choix de la méthode de suivi 1.1. L ion dichromate est orangé, l ion chrome (III) est de couleur verte. Au fur et à mesure de l évolution de la réaction la couleur de la solution va changer car la concentration en ion dichromate va diminuer et celle en ion chrome augmenter. Par conséquent, on pourra suivre cette réaction par spectrophotométrie 1.2. La spectrophotométrie est une méthode de mesure non-destructive car le système chimique n'est pas perturbée par le passage de la lumière à ravers la cuve. 2. Suivi temporel 2.1. On sélectionne la longueur d onde correspondant au maximum d absorption de l espèce chimique étudiée Équation 3 CH 3 CH 2 OH (aq) + 2 Cr 2 O 7 (aq) + 16H + (aq) = 3CH 3 COOH (aq) + 4 Cr 3+ (aq) + 11 H 2 O (l) État initial n 0 n 1 Excès 0 0 Excès État intermédiaire n 0 3x n 1 2x Excès 3x 4x Excès État final n 0 3x éq n 1 2x éq Excès 3x éq 4x éq Excès 2.3. [Cr 2 O 7 (aq) ].V = n 1 2x 2.4. V = 10 ml = L A = 150. [Cr 2 O 7 (aq) ] [Cr 2 O 7 (aq) ] = A/150 x = ½..(2, (A/150) ) = ½. ( , A) x= (10 4A).10 5 mol 2.5. Lorsque l absorbance n évolue plus [Cr 2 O 7 2 ] n évolue plus. L avancement est alors maximal, car la transformation est totale. Graphiquement pour x = x max, on a A f = 2,39. x max = (10 4. A f ).10 5 x max = (10 4 2,39) 10 5 = 4, mol. Calculons la quantité de matière d ions dichromate : n(cr 2 O 7 2 ) finale = n 1 2x max n(cr 2 O 7 2 ) finale = c.v 2 x max n(cr 2 O 2 7 ) finale = 2, , n(cr 2 O 7 2 ) finale =

2 L ion dichromate est en excès car il en reste en fin de réaction. L éthanol est limitant Quantité d éthanol dans le 2,0 ml de sang : L éthanol est totalement consommé : n 0 3x max = 0. Donc n 0 = 3x max, avec x max = 4,4x10-6 mol n o = 3x4,4x10-6 n O = 1,3x10-5 mol Dans 1,0 L de sang la quantité de matière d éthanol est : n = 500x1,3x10-5 = 6,5x10-3 mol La masse d éthanol est m = n.m = 6,5x = 0,30 g Le conducteur n est pas en infraction puisque cette alcoolémie est inférieure à 0,5 g/l. 2.7 Le temps de demi réaction est la durée au bout de laquelle l avancement est égal à l avancement maximal divisé par 2 : x(t 1/2 ) = x max /2 2.8 x(t 1/2 ) = x max /2 = (10 4.A(t 1/2 )).10 5 A(t 1/2 ) = 2,44 Graphiquement t 1/2 = 4 min

3 CORROSION DES GOUTTIÈRES (France métropole 2006 ) 1. Suivi cinétique de la transformation 1.1 Tableau d avancement Équation chimique Zn (s) + 2 H 3 O + = Zn 2+ (aq) + H 2 (g) + 2 H 2 O (l ) État du système Avancement (mol) Quantités de matière (mol) État initial 0 n(zn) i n(h 3 O + ) i 0 0 excès État en cours de transformation x n(zn) i x n(h 3 O + ) i 2x x x excès État final x max n(zn) i x max n(h 3 O + ) i 2x max x max x max excès 1.2. Détermination du réactif limitant : Si le zinc est limitant alors sa quantité de matière à l état finale est nulle : n(zn) i x max = 0 x max = n(zn) i =m(zn) i /M(Zn) x max = 0,50/65,4 =7, mol Si l'ion oxonium est limitant alors sa quantité de matière à l état finale est nulle n(h 3 O + ) i 2x max = 0, soit x max = n(h )/2 = [H ] i.v/2. Le réactif limitant est le zinc car il correspond à la valeur de l'avancement maximal la plus faible, x max = 7, mol = 7,6 mmol D'après le tableau d'avancement, n(h 2 ) = x et (P P i ).V gaz = n(h 2 ).R.T donc Pour P = P max alors x = x max or : en faisant le rapport de x/x max on élimine R.T : donc : x = x max P Pi P P max i D après la figure 2 : x max =7,5 mmol or la valeur calculée 1.2 est x max = 7,6 mmol : les 2 valeurs sont similaires..

4 Pour t = 50,0 min, P = 1452 hpa et : P i = 1020hPa et P max = 1757 hpa. or : x = x max P Pi P P max i x = 4, mol = 4,5 mmol Graphiquement on retrouve pour t = 50 min la valeur x max = 4,5 mmol. 1.4.La vitesse volumique de réaction à l instant t est égale à la érivée de l avancement au cours du temps divisée par le volume V de solution :.

5 La vitesse est proportionnelle à la dérivée de x par rapport au temps. Or la dérivée est égale à la pente de la tangente à la courbe à l instant t. Cette pente diminuant au cours du temps la vitesse diminue également. 1.5 Calcul de v(0). Soit 2 points M 1 et M 2 de la tangente à la courbe à t = 0 s.: M 1 (t1 = 0 min ; x 1 = 0 mmol) et M 2 (t 2 = 50 min ; x 2 = 7,0x10-3 mol) La pente de la tangente à la courbe vaut : La vitesse à l instant t= 0 s vaut : v(to) = 1,9x10-2 mol.l -1.min Facteurs cinétiques 2.1. Influence de la concentration en ion oxonium Les ions oxonium H 3 O + catalyse la réaction : plus leur concentration est élevée plus la vitesse de la réaction augmente. Or la vitesse de réaction est proportionnelle à la pente de la tangente à la courbe x(t) : plus la pente de la courbe est importante plus la concentration en ions hydronium est élevé. [H 3 O + ] exp 1 > [H 3 O + ] exp 3 > [H 3 O + ] exp 2

6 donc v 1 > v 3 > v 2 x la courbe (a) correspond à l expérience 1 la courbe (b) correspond à l expérience 3 la courbe (c) correspond à l expérience Influence de la forme du zinc t (min) (division et état de surface) La vitesse de réaction correspondant à l'expérience 4 est plus élevée que celle de En effet l état final est atteint beaucoup plus rapidement. La poudre de zinc réagit plus rapidement avec l'acide que la grenaille de zinc. En effet la poudre de zinc offre une plus grande surface de contact avec la solution Dans l'expérience l avancement reste quasi égal à 0 : la réaction se déroule très lentement. En effet la couche de carbonate de zinc protège le métal de l'attaque acide [H 3 O + ] = 10 -ph = mol.l La Gouttière est protégée car les pluies ont un ph proches de 7, le Zn est présent sous une forme solide compacte et l humidité favorise la fromation de la couche de carbonate qui est protectrice. Figure

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