Exercice 1C

 

Enoncé :

 

Les ions peroxodisulfate S₂0₈^2-_(aq) réagissent avec les ions iodure I^-_(aq). Les produits de la réaction sont des ions sulfate S₂0₄^2-_(aq) et du diiode.

a. Ecrire l'équation de cette réaction.

 

On étudie la cinétique de cette réaction chimique, pour 3 conditions initiales différentes :

Expérience	1	2	3
Température (°C)	20	20	35
[S2082-]i (mol.L-1)	0,02	0,01	0,02
[I-]i (mol.L-1)	0,04	0,02	0,04

A l'aide d'une échelle de teintes, on détermine la durée de formation du diiode à une concentration donnée. On obtient les résultats suivants :

[I2] (mol.L-1)	0,002	0,004	0,006	0,008
tsystème A (min)	3,3	7,5	13,3	20,0
tsystème B (min)	8,3	21,7	36,7	60,0
tsystème C (min)	35	110	230	390

b. Associer à chaque système chimique l'expérience qui lui correspond.

c. Justifier le fait que la technique de mesure utilisée était adaptée à l'étude cinétique de la réaction pour les 3 conditions expérimentales choisies.

d. Serait-ce encore vrai, si on voulait suivre l'évolution de la concentration en diiode par des titrages successifs ?

e. Afin de réaliser un titrage, à t = 7,5 min, on a prélevé 10,0 mL de système A que l'on a versé immédiatement dans 100 mL d'eau glacée. Justifier ce mode opératoire.

f. Le titrage par une solution de thiosulfate de sodium de concentration en soluté apporté 0,010 mol.L^-1 conduit à un volume à l'équivalence V_éq=8,2 mL. (l'ion thiosulfate S₂O₃^2- est le réducteur du couple S₄O₆^2-/ S₂O₃^2-). Calculer la concentration en diiode de la solution titrée.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution :

 

a) Ecrivons les demi équations de réaction des couples :

I₂ + 2 e^- = 2 I^-

S₂O₈^2- + 2 e^- = 2 SO₄^2-

D’où l'équation de la réaction d’oxydoréduction :

S₂O₈^2-_(aq) + 2 I^-_(aq) `to` 2 SO₄^2-_(aq) + I_2(aq)

 

b) Le système A, ayant la plus grande vitesse de réaction est celui de l’expérience qui est faite avec la plus haute température et la plus forte concentration en réactifs. En effet, la température et la concentration des réactifs sont des facteurs cinétiques, leur augmentation provoque l’accélération de la réaction. Le système A correspond donc à l’expérience 3.

A l’opposé, le système C étant le plus lent est fait dans les moins bonnes conditions de vitesse (température la plus basse et plus faible concentration en réactifs). Le système C correspond donc à l’expérience 2.

Le système B ayant une vitesse intermédiaire est fait dans des conditions de l’expérience 1.

 

c) Le titrage par une échelle de teinte est adapté à ces expériences, car ce titrage par comparaison de teinte nécessite quelques secondes, soit une durée courte devant la durée de l’évolution des systèmes A, B ou C.

 

d) Un titrage par une réaction chimique nécessite 1 à 2 minutes au minimum. Or les temps de formation du diiode doivent être mesurés avec une précision du dixième de minute, soit à 6 secondes près. Il ne sera donc pas possible de d’étudier la formation du diiode par titrage.

 

e) En prélevant 10,0 mL du système A à 7,5 min et en les versant dans 100 mL d’eau glacée, on réalise une trempe. C'est à dire qu’on stoppe la réaction en agissant ici à la fois sur la température du mélange et sur la concentration des réactifs. Le ralentissement de la réaction est si net qu’on peut faire le titrage dans les 5 minutes suivantes et obtenir le même résultat que s’il était fait instantanément.

 

f) On dose le diiode formé par les ions thiosulfate (couple S₄O₆^2-/ S₂O₃^2-)

Les demi équations de réaction des couples sont :

I₂ + 2 e^- = 2 I^-

S₄O₆^2- + 2 e^- = 2 S₂O₃^2-

D’où la réaction d’oxydoréduction :

2 S₂O₃^2-_(aq) + I_2(aq) ? S₄O₆^2-_(aq) + 2 I^-_(aq)

 

Calculons la quantité de matière d’ion thiosulfate mis en jeu :

n_thiosulfate = [S₂O₃^2-] . V_thiosulfate = 0,010 X 8,2 . 10^-3 = 8,2 . 10^-5 mol.

Or n_diiode = `n_(text{thiosulfate})/2` = 4,1 . 10^-5 mol.

D’où [I₂] = `n_(text{diiode})/V_(text{diiode}) = (4,1 . 10^-5) /(10 . 10^-3 )` = 4,1 . 10^-3 mol.L^-1.