Lycée de l Essouriau, PCSI, 27/28 AE N 3 : Constante de partage du diiode Contexte On s'intéresse ici à la solubilité du diiode dans deux solvants : l eau et le cyclohexane. La répartition, le partage de I2 entre ces deux solvants peut se traduire par l équation chimique suivante : I2(aq) = I2(cyclohexane) La constante thermodynamique de cet équilibre, appelée constante de partage, est notée K. Objectif : Déterminer la constante de partage du diiode entre l eau et le cyclohexane à température ambiante. Travail préparatoire (ne doit pas apparaître dans le compte-rendu) Les questions suivantes ont pour but de vous guider dans votre réflexion : - Comment s exprime K en fonction des concentrations de diiode dans la phase aqueuse et dans la phase organique? - L eau et le cyclohexane sont-ils miscibles? - Dans quel solvant le diiode est-il le plus soluble? - Quel devrait être l ordre de grandeur de K : aux environs de, très inférieur à, très supérieur à? - Au vu des graphes donnés en annexe, quelle est la couleur d une solution de diiode dans l eau? dans le cyclohexane? Consignes générales Consignes de sécurité : Le port de la blouse et des lunettes est obligatoire pendant l'intégralité de la séance. Des gants jetables sont à votre disposition dans la salle. Lisez bien les pictogrammes de sécurité sur les flacons. Déroulement de l activité : N'hésitez pas à discuter de vos propositions de manipulation avec l'enseignant ou vos camarades. N'hésitez pas à comparer vos résultats avec ceux des autres groupes et discuter des différences éventuellement observées. Évaluation de l activité : Un compte-rendu par binôme d une copie double maximum devra être rendu le Jeudi 2//26 (G2) ou le 9//26 (G). Celui-ci devra rendre compte des étapes de votre travail permettant de répondre à la question posée. Certaines compétences seront évaluées pendant la séance suivant la grille d évaluation donnée en annexe du sujet. Quelques conseils : n hésitez pas à structurer votre travail en faisant apparaître plusieurs parties, proposez des schémas pertinents des expériences réalisées, estimez une incertitude sur la détermination de K, critiquez constructivement vos résultats, discutez des améliorations possibles, soyez synthétiques. Activités expérimentales Proposer un protocole permettant de répondre à l objectif de l activité. Appel n : présenter le protocole complet au professeur, accompagné de schémas (A) Si le professeur n est pas disponible, commencez à manipuler pour ne pas perdre de temps Mettre en œuvre le protocole.
Lycée de l Essouriau, PCSI, 27/28 Annexe : Matériel et produits disponibles Matériel Matériel Spectrophotomètre Ordinateur avec le logiciel Regressi et Excel Cuves en verre pour spectrophotomètre Cuves en plastique pour spectrophotomètre Ampoule à décanter de 5 ml et son support Erlenmeyers Pipettes pasteur et pipetons en plastique Burette de 5mL Deux pipettes graduées de et 2mL Fiole jaugée de 2 ou 5 ml Béchers de 5 ou ml (5 par paillasse) Avec notice Avec notice Remarques Produits Produits Phrases de risque Remarques Solution aqueuse de diiode à 2,5 mmol/l Eau permutée Cyclohexane H225 H34 H35 H336 H4 Distributeur 5 ml Annexe 2 : Données relatives aux solvants utilisés Solvant M (g.mol - ) Densité (2 C) ε r µ(d) Eau 8 8.86 Cyclohexane 84.779-2
Lycée de l Essouriau, PCSI, 27/28 Annexe 3 : Comment séparer deux liquides non miscibles? Pour séparer deux liquides non miscibles, on utilise une ampoule à décanter, en respectant les indications suivantes : -Poser l ampoule à décanter sur son support et vérifier que le robinet est bien fermé. Placer un erlenmeyer sous le robinet en cas de fuite. -Introduire le mélange dans l ampoule à décanter et boucher. L ampoule ne doit pas être remplie au-delà de 2/3 de son volume. -Renverser l ampoule en tenant le bouchon avec les trois doigts d une main et le robinet avec l autre main. Ouvrir aussitôt le robinet et avant toute agitation. Cette opération permet d évacuer les gaz qui auraient pu se former au mélange des phases pendant la bascule de l ampoule. -Agiter (robinet fermé) et dégazer régulièrement, plusieurs fois. -Reposer l ampoule sur son support. -Enlever le bouchon pour laisser décanter : les deux liquides non miscibles se séparent. On peut alors recueillir séparément les deux phases. Annexe 4 : Rappels sur la spectrophotométrie La spectrophotométrie est une technique basée sur la mesure des propriétés d absorption de la lumière par une substance. La capacité d'un composé moléculaire à absorber un rayonnement de longueur d'onde λ est mesurée par son coefficient d'absorption molaire ε, qui dépend de la longueur d'onde et de la température. Le domaine de longueur d'onde concerné par la spectrophotométrie est celui des proches UV et du visible, soit de 3-8nm environ (on devrait en toute rigueur parler de spectrophotométrie UV-visible). Les espèces qui absorbent dans les longueurs d'onde du visible sont colorées et auront des coefficients d'absorption non nuls. Au contraire, une espèce qui n'absorbe pas est dite transparente (son coefficient d'absorption est nul). Dans une solution suffisamment diluée, la mesure de l'absorption d'une onde incidente est donnée par la loi de Beer-Lambert : où l est la longueur de la cuve traversée par le faisceau. La somme est effectuée sur chaque espèce i de la solution, pour laquelle εi est le coefficient d'absorption molaire (différent de la permittivité relative εr d un solvant!) et Ci la concentration. Il est donc possible d'avoir accès à la concentration d'une espèce colorée en mesurant l'absorption d'une solution diluée de cette espèce. 3
Lycée de l Essouriau, PCSI, 27/28 Annexe 5 : Données relatives aux solutions de diiode Spectre d une solution de diiode dans le cyclohexane,6,6,4,5,2,7,4,3,2,8,6,4,,2 4 5 4 6 5 6 Longueur d'onde (nm) Longueur d'onde (nm) Courbe d étalonnage du diiode dans le cyclohexane à 52 nm Spectre d une solution de diiode dans l eau,9,8,7,6,5,4,3,2, y = 97,5x R² =,,2,4,6,8 concentration en diiode (mol/l) 4,,2
Lycée de l Essouriau, PCSI, 27/28 Grille d évaluation NOM DU BINOME : Compétences évaluées Eval. Coeff. Remarques Analyser - Concevoir et justifier un protocole expérimental (A)* 3 Réaliser - Effectuer des représentations graphiques à partir de données expérimentales (R) - Réaliser un calcul pour répondre à la question posée (R2) Valider - Estimer des incertitudes de mesure (V) - Analyser les résultats de manière critique (V2) Communiquer - Présenter les étapes de son travail de manière synthétique, organisée et compréhensible (C) 3 Être autonome, faire preuve d initiative - Solliciter une aide de manière pertinente (AI)* *Capacité évaluée lors de la séance 5