OBS6 TP6 Une histoire de proportions Objectifs Ø Décrire l évolution d un système chimique Ø Identifier le réactif limitant Ø Décrire quantitativement l état final du système chimique Ø Interpréter, en fonction des conditions initiales, la couleur à l état final d une réaction chimique mettant en jeu des produits colorés. Compétences S APProprier ANAlyser REAliser VALider COMmuniquer PRESENTATION DE LA REACTION CHIMIQUE ETUDIEE Document 1 Les molécules de diiode I 2 et les ions thiosulfate S 2 O 3 2- réagissent entre eux selon la transformation chimique d équation : I 2 (aq) + 2 S 2 O 3 2- (aq) à 2 I - (aq) + S 4 O 6 2- (aq) La réaction étudiée met donc en jeu le diiode et les ions thiosulfate comme réactifs ( espèces consommées). Les produits formés sont les ions iodure I - et les ions tétrathionate S 4 O 6 2-. Le diiode en solution aqueuse présente une couleur orange plus ou moins intense ( selon sa concentration). Les autres espèces chimiques laissent le milieu réactionnel incolore. Concentration de la solution de diiode utilisée : C 1 = 1,0 10-2 mol.l -1 Concentration de la solution d ions thiosulfate : C 2 = 1,0 10-2 mol.l -1 Expérience 1 Mélanger les volumes de réactifs indiqués dans trois béchers différents puis compléter le tableau suivant. Pour bien mélanger les solutions aqueuses, on utilisera un agitateur magnétique : l agitation est assurée par la rotation d un petit barrreau aimanté gainé de plastique ( appelé le turbulent). Avant de placer le turbulent dans un autre bécher : le récupérer puis les rincer à l eau distillée. Mélange n 1 2 3 Volume V 1 (ml) de la solution de diiode 5 15 20 Quantité de matière n 1 de diiode correspondante n 1 = 1,0 10-2 5 10-3 n 1 = 5 10-5 mol n 1 = 1,0 10-2 15 10-3 n 1 = 1,5 10-4 mol n 1 = 1,0 10-2 20 10-3 n 1 = 2 10-4 mol Volume V 2 (ml) de la solution d ions thiosulfate 25 15 10 Quantité de matière n 2 d ions thiosulfate correspondante n 2 = 1,0 10-2 25 10-3 n 1 = 2,5 10-4 mol n 2 = 1,0 10-2 15 10-3 n 1 = 1,5 10-4 mol n 2 = 1,0 10-2 10 10-3 n 1 = 1,0 10-4 mol Couleur du milieu réactionnel après réaction chimique sous agitation magnétique Milieu réactionnel incolore Milieu réactionnel rouge marron Milieu réactionnel rouge marron 1
Document 2 On appelle réactif limitant le réactif qui, à l état final, a été entièrement consommé par la réaction chimique. Inversement, on appelle réactif en excès un réactif qui, à l état final, n a pas été entièrement consommé par la réaction chimique. Pour chacun des trois mélanges réactionnels, précisez : Ø Quel est le réactif limitant? Ø Quel est le réactif en excès? Justifiez votre réponse d après l aspect final du milieu réactionnel. Mélange n 1 5 10-5 2,5 10-4 0 0 5 10-5 - x 2,5 10-4 2 x 0 + 2 x 0 + x Etat final 5 10-5 x = 0 2,5 10-4 2 x = 1,5 10-4 2 x x Ø Si le diiode est le réactif limitant : 5 10-5 x = 0 à x = 5 10-5 mol Ø Si le thiosulfate est le réactif limitant : 2,5 10-4 2 x = 0 à x = 1,25 10-4 mol Nous sélectionnons la valeur de x la plus petite parmi les deux valeurs calculées précédemment : x = 5 10-5 mol, le diiode est le réactif limitant car à l état final, la quantité de matière de diiode est nulle. Quant au thiosulfate, sa quantité de matière n est pas nulle à l état final donc c est le réactif en excès. La solution finale est incolore, cela nous prouve que le diiode a totalement été consommé et on peut penser que le thiosulfate est encore Mélange n 2 1,5 10-4 1,5 10-4 0 0 1,5 10-4 - x 1,5 10-4 2 x 0 + 2 x 0 + x Etat final 1,5 10-4 x = 1,5 10-4 2 x 7,5 10-5 = 0 2 x x Ø Si le diiode est le réactif limitant : 1,5 10-4 x = 0 à x = 1,5 10-4 mol Ø Si le thiosulfate est le réactif limitant : 1,5 10-4 2 x = 0 à x = 7,5 10-5 mol Nous sélectionnons la valeur de x la plus petite parmi les deux valeurs calculées précédemment : x = 7,5 10-5 mol, le thiosulfate est le réactif limitant car à l état final, la quantité de matière de thiosulfate est nulle. Quant au diiode, sa quantité de matière n est pas nulle à l état final donc c est le réactif en excès. La solution finale est colorée, cela nous prouve que le diiode n a totalement été consommé et on peut penser que le thiosulfate n est plus 2
Mélange n 3 2 10-4 1 10-4 0 0 2 10-4 - x 1 10-4 2 x 0 + 2 x 0 + x Etat final 2 10-4 x = 1 10-4 2 x = 1,5 10-4 0 2 x x Ø Si le diiode est le réactif limitant : 2 10-4 x = 0 à x = 2 10-4 mol Ø Si le thiosulfate est le réactif limitant : 1 10-4 2 x = 0 à x = 5 10-5 mol Nous sélectionnons la valeur de x la plus petite parmi les deux valeurs calculées précédemment : x = 5 10-5 mol, le thiosulfate est le réactif limitant car à l état final, la quantité de matière de thiosulfate est nulle. Quant au diiode, sa quantité de matière n est pas nulle à l état final donc c est le réactif en excès. La solution finale est colorée, cela nous prouve que le diiode n a totalement été consommé et on peut penser que le thiosulfate n est plus Pour que le réactif limitant ( et le réactif en excès) ne soient pas toujours les mêmes, qu est-ce qui a été modifié? Le choix du réactif limitant va être influencé par les conditions initiales. Expérience 2 Placer un volume V 1 = 10,0 ml de solution aqueuse de diiode de concentration C 1 dans un bécher. S APPROPRIER 1- Avec quelle verrerie doit-on effectuer ce prélèvement? 2 Quels rinçages doit-on lui faire subir avant de l utiliser? 1- Pour prélever avec précision du diiode, nous allons utiliser une pipette jaugée de 10,0 ml. 2- Pour que la pipette soit opérationnelle et propre, il faut la rincer avec le produit que l on veut prélever en l occurrence, le diiode. Remplir une burette graduée de V 2 = 25,0 ml de solution aqueuse d ions thiosulfate de concentration C 2. S APPROPRIER 3- Avant toute utilisation, une burette graduée doit subir des rinçages, lesquels? 4 Compléter la légende du schéma ci-dessous et en place le dispositif représenté. 3- La burette graduée doit être rincée grâce au produit avec lequel elle sera remplie, en l occurrence, avec le thiosulfate. 3
Burette graduée contenant du thiosulfate Barreau aimanté permettant une agitation homogène du milieu réactionnel. bécher Bécher contenant du diiode et de l empois d amidon. Ø Versez progressivement, grâce à la burette graduée, la solution aqueuse d ions thiosulfate, jusqu à ce que la solution dans le bécher ( mise sous agitation magnétique) soit jaune pâle. Ø Ajoutez alors quelques gouttes de thiodène ou d empois d amidon dans le bécher. En effet, pour tester la présence de diiode en faible quantité, on peut verser dans le milieu réactionnel, à l état final, du thiodène ou de l empois d amidon. Le test est positif ( présence de diiode en solution) si le mélange vire au bleu sombre. Ø Versez, goutte à goutte, la solution d ions thiosulfate jusqu à disparition de la couleur bleu foncé. Important : Vous devrez arrêter de verser la solution aqueuse d ions thiosulfate dès que le mélange réactionnel obtenu est incolore : on est alors à l état final. 5- Quel est le volume V 2 en ml, de solution aqueuse d ions thiosulfate versé correspondant à l état final? 6- Calculez la quantité de matière d ions thiosulfate versé n 2. 7- Que valait la quantité de matière initiale de diiode notée n 1? 8- Rappelez l équation de réaction entre le diiode et le thiosulfate. 9- Complétez la phrase suivante : «Une mole de molécules de diiode réagit avec.. moles d ions thiosulfate.» 10- Qu est-ce qui vous fait dire que les quantités de réactifs introduites n 1 et n 2 calculées précédemment respectent les proportions données par l équation de la réaction? 5- Expérimentalement, on trouve que V 2 = 20 ml 6- à n 2 = 1,0 10-2 20 10-3 = 2 10-4 mol 7- La quantité initiale de diiode est à n 1 = 1,0 10-2 10 10-3 = 1 10-4 mol 8-9- «Une mole de molécules de diiode réagit avec deux moles d ions thiosulfate. 10- D après les questions précédentes, nous constatons que n 2 = 2 n 1 4
Complétez les texte suivant : Le mélange réactionnel obtenu était incolore. Y avait-il du diiode? Non VALIDER A l état final, est-ce que le diiode restait en excès? non Rappelons que pour obtenir l état final, on a cessé de verser la solution de thiosulfate présente dans la burette graduée dès que le diiode a été entièrement consommé par la réaction chimique. A l état final, est-ce que les ions thiosulfate étaient présents en excès? Non Dans cette situation, est-ce que l un des réactifs étaient en excès à l état final? Non : tous les réactis ont été entièrement consommés par la réaction chimique. Ils avaient été introduits dans des proportions bien particulières appelées proportions stoechimétriques. Les proportions stoechiométriques sont les proportions données par les nombres stoechimétriques. --------- FIN --------- 5