Suivi temporel d

Suivi temporel d'une réaction. Vitesse de réaction

Chapitre 3 de chimie

T°S

Introduction : Quand un système chimique (ensemble des corps auxquels on s’intéresse) évolue au cours du temps,

comment peut-on l’étudier ? Il est nécessaire pour cela de déterminer sa composition à chaque instant t.

I°) Etude cinétique d’une transformation chimique :

a°) Réaction étudiée : 100 mL de K⁺+I^- à [I^-]=0,4 mol/l

100 mL de 2Na⁺+ S₂O₈^2- à [S₂O₈^2-]=0,036 mol/L

* on enclenche le chronomètre dés que l’on a mélangé les 2 solutions . On constate que la réaction est lente et qu’il

se forme une légère coloration brune liée à I₂.

- couples rédox mis en jeu : ………./………………. et ……………./………………….

- ½ équations et équations de la réaction :………………………………………….

…………………………………………….

……………………………………………..

b°) Evolution du système : :

A chaque instant t, il disparaît des ions ……………………………………………………………………..Il apparaît des

ions………………………………et du diiode (I₂). Pour avoir une idée de la composition du système à t, on peut par

exemple s’intéresser à la quantité de diiode formé ou à sa concentration.

* Pour cela on fait des prélèvements toutes les 3 minutes du mélange réactionnel (V_Prél=10 mL) et on réalise une

trempe pour chaque prélèvement.

* La trempe consiste à verser chaque prélèvement dans de l’eau glacée : la réaction est ainsi …………………..

c°) Réaction de titrage :

Rappel : titrer ou doser une espèce c’est déterminer sa concentration (ou son nombre de moles).

Le réactif titré est celui dont on cherche la concentration.

Le réactif titrant est celui qui est dans la burette (dont on connaît la concentration)

* pour une date t :

thiosulfate de sodium (2Na⁺+S₂O₃^2-) à 0,02 mol/L (C=0,02 mol/L)

10 mL (Vo=10 mL) du mélange réactionnel prélevé à la date t

barreau aimanté

agitateur magnétique

Le réactif titré est ……………. et le réactif titrant est S₂O₃^2-. Les couples mis en jeu sont I₂/I^- et S₄O₆^2-/S₂O₃^2-

A l’équivalence la couleur brune du I₂ a disparu : tout le I₂ présent dans le bécher a été dosé par S₂O₃^2- .

A l’équivalence I₂ et S₂O₃^2-ont été introduit dans …………………………………………………………………

* Pour relier nprésent dans le prélèvement avec V_eq, dresser un tableau d’avancement de la réaction de dosage.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

conclusion : la quantité de matière en diiode présente dans la réaction étudiée à la date t est reliée au volume équivalent

(volume de réactif titrant versé).

Résultats des différents dosages à différentes dates (on a toujours prélevé 10 mL dans le mélange réactionnel)

t (min)	3	6	9	12	16	20	30	40	50	60
Veq (mL)	2,5	5	7	8,5	10,5	11,5	14	15,5	16	16,5
nI₂dosé	……….	……….	……….	………….	………	………….	………….	…………	………	………
nI₂réel	……….	……….	……….	…………	………	…………	……….	…………	………	………

On a effectué le titrage sur un volume prélevé de 10 mL du mélange réactionnel, alors que celui-ci fait au total V=200 mL.

Dans ce cas le nombre de moles réels en I₂dans le mélange fait n_réel=………………..

* Dressons un tableau d’avancement de la réaction qui a lieu dans le bécher au départ, de façon à relier cette réaction à

celle du dosage : on appelle n=CV= nombre de moles initiales en S₂O₈^2-et n’=C’V’= nombre de moles initiales en I^-.

……………………………………………………………………………………………………………………………….

* Tracer la courbe d’évolution x=f(t) ou n_réel=f(t) (x= n_réel)

II°) Vitesse volumique de réaction :

1°) Définition :

La vitesse volumique de réaction est définie par :

v= vitesse volumique de réaction en mol.m^-3.s^-1

dx= variation de l’avancement en mole

dt durée de la variation en seconde

V= volume total du mélange réactionnel en m³

Remarque : Par commodité on utilise aussi pour v les mol.L^-1.s^-1 et mol.L^-1.min^-1

2°) Détermination graphique de la vitesse :

Sur le graphe x=f(t) , représente la dérivée de l’avancement par rapport au temps. On obtient en considérant

le coefficient directeurs de la tangente à un instant t donné.

* Calculer la vitesse volumique de réaction à t=3min, 16 min et 40 minutes (exprimer ces dernières en mol.m^-3.s^-1et en

mol.L^-1.min^-1

………………………………………………………………………………………………………………………………

* Comment évolue la vitesse v au cours du temps (Justifier) :

………………………………………………………………………………………………………………………………

III°) Temps de demi-réaction (noté t_1/2) :

1°) Définition :

Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l’avancement x est égale à la moitié de l’avancement final x_f.

Si la réaction est totale t_1/2est la duréepour que x parvienneà la ½ de sa valeur maximal : quand x=x_max/2 alors t=t_1/2.

Remarque : x_maxest la quantité de matière de réactif limitant .

2°) Exemple : Calculer le x_maxpour la réaction étudiée puis en déduire graphiquement t _½ :

………………………………………………………………………………………………………………………………