TP : Suivi d'une réaction par spectrophotométrie

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1 Nom : Prénom: n groupe: TP : Suivi d'une réaction par spectrophotométrie Consignes de sécurité de base: Porter une blouse en coton, pas de nu-pieds Porter des lunettes, des gants (en fonction des espèces chimiques manipulées) Pas de lentilles de contact S attacher les cheveux En cas de doute sur la manière de procéder en manipulant une espèce chimique, demander au professuer ou se reporter au ''Classeur du laboratoire''. Commentaires : Compétence expérimentale: Compte rendu: Bilan: Le but de la séance est de tracer la courbe d évolution temporelle de la concentration en diiode formé au cours de la réaction. Pour gagner un peu de temps lors de la manipulation, on trace le spectre d'absorbtion du diiode de concentration 10-3 mol.l -1 Voici la courbe que l'on obtient : Pour le reste du TP, à quelle longueur d'onde doit-on régler le spectrophotomètre? Justifiez votre réponse.

2 1)Tracé de la courbe d'étalonnage Chaque binôme effectuera un mélange, parmi ceux décrits dans le tableau suivant. Dans un bécher, versez les volumes indiqués en ml. Introduisez un barreau aimanté dans chaque solution, posez le bécher sur l agitateur magnétique. Solutions diiode 5, mol.l Iodure potassium 0,10 mol.l Acide sulfurique 1,0 mol.l eau Absorbance A Concentration en I2 mol.l -1 Pour régler le zéro du spectrophotomètre, on utilise un mélange : 10 ml d acide sulfurique + 10 ml d iodure de potassium + 10 ml d eau distillée. Le mélange est préparé sur le bureau du professeur. Chaque solution est placée dans une petite cuve carrée transparente. Ne pas mettre les doigts sur les faces non striées de la cuve. Choisir la valeur 480nm pour la longueur d onde. Régler le zéro avec la solution incolore, en plaçant la cuve dans l appareil de façon à ce que les stries soient face à l utilisateur. Placez ensuite chaque cuve dans le spectrophotomètre et lisez la valeur de l absorbance correspondante. Notez-la dans le tableau. Travail à effectuer en salle informatique : 1)En vous aidant d'un tableur, calculez, pour chaque solution préparée, la valeur de la concentration en diiode et conplétez le tableau ci-dessus. 2)A l'aide du tableur, tracez la courbe d étalonnage : A = f( [I2] ).

3 2)Etude cinétique La réaction étudiée est l oxydation des ions iodure par le peroxyde d hydrogène en solution aqueuse. Cette transformation est lente et totale. Les couples oxydant / réducteur mis en jeu sont les suivants : I2 aq / I - aq et H2O2 aq / H2O l. 2.1)Ecrivez les deux demi-équations et l équation de la réaction. Réglez le zéro du spectrophotomètre avec la solution de la première partie. Régler le spectrophotomètre à une mesure toutes les 10s Dans un bécher, versez : 100mL d'eau distillée, 10 ml d acide sulfurique à 1,0 mol.l -1 et 6 ml d iodure de potassium à 0,10 mol.l -1. Ajoutez 1,0 ml d eau oxygénée, agitez le mélange et déclenchez le chronomètre. Versez cette solution dans une petite cuve, placez-la dans le spectrophotomètre et lisez la valeur de l absorbance à intervales de temps réguliers. Le spectrophotomètre permet d'effectuer un suivi temporel de la concentration en diiode. Afin de ne pas perdre de temps, la suite de la manipulation se déroulera en salle informatique avec un enregistrement du suivi de cette réaction effectué sur une durée de 6 heures. L'enregistrement dont vous disposez en salle informatique a été effectué avec de l'eau oxygénée de concentration 0,34 mol.l )En utilisant la courbe d étalonnage précédente, déterminez les valeurs de la concentration en diiode formé à chaque date t. (Vous céerez une colonne dans le tableur) 2.3)Exprimez l avancement x de la réaction à t en fonction de [ I2 ] au même instant et du volume V de la solution. 2.4)Créez une nouvelle colonne afin de tracez la courbe d évolution temporelle de l'avancement X(t). Commentez l allure de la courbe. 2.5)Calculez les quantités de matière des réactifs à l état initial. 2.6)Construisez le tableau descriptif de l évolution du système chimique et donnez un bilan de matière à l état final. 2.7)Calculez la valeur théorique de l'avancement de la réaction à l état final. Comparez cette valeur à celle lue sur la courbe lorsque la réaction est achevée? 2.8)Donnez l expression de la vitesse de réaction v en fonction de la concentration en diiode [ I2 ]. 2.9)A l aide des facteurs cinétiques, interprétez l allure de la courbe tracée dans la partie précédente. 2.10)Déterminez la vitesse de réaction aux dates t = 0 et t = 120 minutes. Ces résultats

4 correspondent-ils à l allure de la courbe? 2.11)Calculez la valeur du temps de demi-réaction pour la transformation étudiée. X = f (t)

5 Exercice On souhaite déterminer la concentration Ccom en peroxyde d hydrogène (ou eau oxygénée) contenue dans une solution commerciale. Pour cela, on se propose d étudier la réaction entre les ions iodure I et le peroxyde d hydrogène H2O2 en milieu acide. Cette réaction est lente et totale. Ces deux espèces chimiques appartiennent aux couples d oxydoréduction I2(aq) / I (aq) et H2O2(aq) / H2O(l). Parmi ces espèces, seul le diiode est coloré (jaune) en solution aqueuse. L étude de la cinétique se fait par spectrophotométrie. 1)Étude de la réaction d oxydoréduction et préparation de la solution 1.1)Écrire les demi-équations d oxydoréduction des deux couples étudiés. 1.2)En déduire que la réaction entre ces deux couples a pour équation : H2O2(aq) + 2 I (aq) + 2 H + (aq) = I2(aq) + 2 H2O(l). 1.3)Comment évolue la coloration de la solution au cours du temps? 1.4)Avant de faire réagir la solution commerciale d eau oxygénée, on souhaite la diluer d un facteur 10. Donner les principales étapes du protocole opératoire afin de préparer V2 = C 50 ml d une solution d eau oxygénée de concentration C2 = Com 10. 2)Étude d une transformation par spectrophotométrie 2.1)On utilise le spectrophotomètre pour réaliser la mesure de l absorbance d une solution aqueuse de diiode de concentration C0 = 1, mol.l -1. On mesure alors une absorbance A0 = 0,60. Sachant que l absorbance A est proportionnelle à la concentration en diiode, déterminer le coefficient de proportionnalité k. 2.2)A une date t = 0, on mélange dans un bécher une solution d iodure de potassium de volume V1 = 25 ml de concentration C1 = 5, mol.l -1 et acidifiée (les ions oxonium seront considérés en large excès) à une solution d eau oxygénée de volume V2 = 50 ml et de concentration inconnue C2. On verse alors rapidement un faible volume (négligeable devant V1 et V2) de ce mélange réactionnel dans une cuve qu on introduit dans le spectrophotomètre )Compléter le tableau d avancement. Équation chimique H2O2(aq) + 2 I (aq) + 2 H + (aq) = 2 H2O(l). + I2(aq) État du système Avancement (mol) État initial 0 État en cours de transformation État final x xmax Quantités de matière (mol) 2.2.2)Quelle relation littérale existe-t-il entre l avancement x et la concentration en diiode dans le mélange réactionnel? 2.2.3)En déduire la relation littérale entre l absorbance A et l avancement x de la réaction étudiée )En supposant que l iodure de potassium est le réactif en défaut, quelle valeur numérique l avancement devrait-il prendre lorsque le système chimique atteindra son état final? En déduire la valeur finale de l absorbance. 3)Exploitation de la courbe représentant l absorbance au cours du temps

6 Le spectrophotomètre est relié à un ordinateur qui trace la courbe représentant l absorbance au cours du temps, le résultat est le suivant : 3.1)Donner l expression de la vitesse volumique de réaction v en fonction de V1, V2 et x. Montrer qu elle peut se mettre sous la forme v = 1. da k dt. 3.2)A partir de la courbe, dire comment évolue v au cours du temps. Interpréter cette évolution. 3.3)Expliquer pourquoi on peut considérer qu au bout de 15 minutes, le système a atteint son état final. 3.4)Déterminer après l avoir défini le temps de demi-réaction t1/2. 3.5)La valeur finale de l absorbance est inférieure à la valeur trouvée à la question )A partir de la valeur prise par l absorbance dans l état final, montrer que l avancement maximal est xmax = 4, mol. L hypothèse faite en est-elle correcte? 3.5.2)Déterminer la valeur de C2, en déduire celle de Ccom )La réaction étudiée a-t-elle toutes les caractéristiques d une réaction de titrage? Conclure.