Suivi cinétique d'une réaction chimique par titrage

 TP n°4 (Chimie)

Objectifs : Etudier la vitesse volumique de la réaction de l’eau oxygénée (H₂O₂) avec l’ion iodure (I^-) (en utilisant la méthode

                    de la trempe puis du  dosage).

                    Déterminer graphiquement un temps de demi-réaction.

I°) Réflexions préalables :

    La transformation étudiée est l’oxydation de l’eau oxygénée (H₂O₂) par les ions iodures I^-(aq). L’équation de la réaction 

    d’oxydoréduction s’écrit :

        H₂O₂ (aq). + 2 I^-(aq) +2 H⁺(aq)                                   I₂ (aq) + 2H₂O (l)

    Cette réaction produit lentement du diiode. Pour étudier la cinétique (donc la vitesse de cette réaction), on dose (ou titre)

    le diiode formé par     les ions thiosulfate     selon l’équation :

    2 S₂O₃^2- (aq)  + I₂ (aq)                                         S₄O₆^2-(aq)+ 2 I^- (aq). Cette réaction est quasi instantanée.

    L’empois d’amidon (ou le thiodène) sert d’indicateur. En présence de diiode, il est bleu-noir très foncé, sinon il est incolore.

II°) Titrage (ou dosage) de l'eau oxygénée (manip prof) :

Expérience : .

Ø     Le professeur prélève un volume de 10,0 mL de la solution d’eau oxygénée et le place dans un bécher de 250 mL avec

un barreau aimanté.

Ø     Le bécher est placé sur l’agitateur magnétique (agitation modérée).

Ø     Une burette graduée de 25,0 mL est remplie de permanganate de potassium acidifié ([K⁺]=[MnO₄^-]=0,020 mol/L).

Ø     Le permanganate de potassium acidifié est versée dans le bécher jusqu’à l’équivalence (changement de couleur).

        Questions : Les couples en présence dans ce titrage sont MnO₄^- (aq) / Mn²⁺(aq) et O₂(g) / H₂O₂(aq)

        1°) Ecrire les deux ½ réactions et l’équation de la réaction en milieu acide

             d’oxydoréduction. Retrouver les équations d’oxydoréduction données ci-dessus.

        2°) Dresser le tableau d’évolution du système.

        3°) En déduire la concentration de la solution d’eau oxygénée.

        4°) Justifier le changement de couleur à l’équivalence.

III°) Suivi cinétique de la réaction entre l'eau oxygénée et les ions iodures :

Expérience :

Ø       Dans un bécher de 250 mL, introduire 50 mL de la solution d’oxygénée (mesurée avec une fiole jaugée).

Ø       Acidifier en ajoutant 6,0 mL d’acide à 1,0 mol/L (Utiliser une éprouvette graduée et prendre toutes les précautions relatives aux acides concentrés).

Ø       Ajouter 4,0 mL de thiodène.

Ø       Dans une fiole jaugée de 50 mL, mesurer 50 mL de la solution d’iodure de potassium ([K⁺]=[I^-]=0,20 mol/L).

ATTENTION : LIRE TOUTES LES OPERATIONS QUI SUIVENT AVANT DE MANIPULER !

Ø       Verser rapidement l’iodure de potassium dans le bécher et déclencher le chronomètre au moment du mélange des 2 solutions ,

        homogénéiser le mélange.

Ø       Répartir le mélange, à l’aide d’une pipette jaugée, entre 3 béchers, à raison de 10 mL par bécher  (Il faudra rincer et essuyer

        ces3 béchers pour les 6 autres dosages).

Ø       A la date t₁=2 minutes, ajouter dans l’un des béchers environ 50 ml d’eau glacée. Effectuer le dosage du I₂ formé (dans

        le   prélèvement de 10 mL) par du thiosulfate de sodium ([S₂O₃^2-]=0,020 mol/L).

Ø     Recommencer les mêmes opérations aux différentes dates indiquées dans le tableau ci-dessous. Compléter ce tableau en

        indiquant les volumes équivalents V_éq pour chaque titrage.

        Attention : il est important d’anticiper le dosage suivant, en refaisant les niveaux dans la burette contenant S₂O₃^2- 

                                ainsi  que les prélèvements de 10 mL du mélange réactionnel (les 2 membres du binôme devront donc

                                manipuler).

Questions :1°) Ecrire la réaction qui a lieu quand l’eau oxygénée est mélangé à l’iodure de potassium (rappel : I₂(aq)/I^-(aq))

     2°) La réaction qui sert de support au titrage et qui permet donc de suivre l’évolution en diiode  est :

                               I_{2 (aq)}+2 S₂O₃^2-_(aq⁾                                                   2I^-(aq)  +S₄O₆^2- (aq).

                       Dresser le tableau d’évolution de cette réaction. Exprimer la quantité de matière de diiode nI₂ (aq) produite  à

                     la date t dans le prélèvement en fonction de V_éq et de [S₂O₃^2-].

                 3°) Calculer nI₂ (aq) produite  à  chaque date t dans les 110  mL du mélange réactionnel de départ. Regrouper les

    résultats sous  forme d’un tableau (3 colonnes : V_éq, t et x(ou nI₂(t)).

                4°) Tracer la représentation graphique x(ou nI₂(t))=f(t).

               5°) Calculer le temps de demi-réaction t_1/2.

              6°) Evaluer la vitesse volumique de réaction aux dates t=0 min et t=30 minutes (unité : mol/L/min). Comment

                     évolue cette vitesse ? Justifier.