Exercice 1B

 

Enoncé :

 

Les ions thiosulfate réagissent avec les ions hydrogène selon l'équation :

2 S₂0₃^2-_(aq) + 2 H⁺_(aq) —> S0_{2 (aq)} + S_(s) + 2 H₂O_(l)

 

a. Montrer que cette réaction fait intervenir les 2 couples d’oxydoréduction S₂0₃^2-/S et S0₂/S₂0₃^2-.

b. En déduire que l'ion thiosulfate S₂0₃^2- joue à la fois le rôle d'oxudant et celui de réducteur lors de cette réaction d’oxydoréduction.

c. Dans des béchers identiques, on réalise des mélanges de solutions de thiosulfate de sodium, d'acide chlorhydrique et d'eau. le soufre solide qui se forme rend peu à peu les solutions opaques. Pourchaque mélange, on mesure la durée nécessaire pour qu'un observateur, regardant le bécher par-dessus, ne distingue plus la croix dessinée sous le bécher.

 

. . . . . . . . . .

 

A quelle condition peut-on dire que la quantité de soufre formée est la même dans les différents mélanges lorsque la croix cesse d'être visible ?

d. Les résultats obtenus sont les suivant :

Volume de solution de thiosulfate de sodium (mL)	20	20	20
Volume de solution d'acide chlorhydrique (mL)	10	20	40
Volume d'eau (mL)	30	20	0
durée (s)	88	76	65

Préciser le facteur cinétique intervenant dans cette expérience.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution :

 

a) Montrons que la réaction fait intervenir les 2 couples rédox S₂O₃^2-/S et SO₂/S₂O₃^2-.

Pour cela, commençons par écrire les deux demi-équations correspondantes.

 

Le premier couple donne la demi-équation : S₂O₃^2- + 6 H⁺ + 4 e^- = 2 S + 3 H₂O

 

Le deuxième couple donne la demi-équation : 2 SO₂ + 2 H⁺ + 4 e^- = S₂O₃^2- + H₂O

 

Si on considère que les ions thiosulfate, oxydant du premier couple, réagissent avec les ions thiosulfate, réducteur du deuxième couple, on voit que l'équation traduisant la réaction d'oxydoréduction possible est :

2 S₂O₃^2- + 6 H⁺ + H₂O = 2 SO₂ + 2 H⁺ + 2 S + 3 H₂O

 

Ce qui donne, après simplification :

2 S₂O₃^2- + 4 H⁺ = 2 SO₂ + 2 S + 2 H₂O

 

puis, en divisant tous les cofficients par 2:

S₂O₃^2- + 2 H⁺ = SO₂ + S + H₂O

 

ce qui s'écrit, en tenant compte l'état des différentes espèces chimiques :

S₂O₃^2-_(aq) + 2 H⁺_(aq) = SO_{2 (aq)} + S_(s) + H₂O

 

b) Pour écrire cette équation, il a fallu considérer que les ions thiosulfate jouent à la fois le rôle d'oxydant et de réducteur. Celà est possible si une partie des ions thiosulfate est réduite (en soufre S) et une autre partie est oxydée (en dioxyde de soufre SO₂). On dit que les ions thiosulfate se dismutent.

Mais il faut remarquer que cette dismutation ne se produit qu'en présence d'ions H⁺ d'après l'équation précédente. L'expérience monte, en effet, qu'on peut conserver une solution de thiosulfate sans qu'il se produise de dismutation, à condition que cette solution ne soit pas acidifiée.

 

c) Lors de cette réaction, il se forme du soufre colloïdal, c'est à dire du soufre solide en suspension dans l'eau. Lorsqu'on regarde la croix à travers la solution dans laquelle se forme le soufre, on remarque que la croix disparaît progressivement. La lumiàre perçue par l'œil dépend de la concentration du soufre et de l'épaisseur de la solution traversée par la lumière.

Pour mettre en évidence l'influence de la concentration des réactifs lors de différentes expériences, il faut que seul le facteur concentration intervienne. Il faut donc que tous les autres paramètres restent constants : la même croix, le même éclairage, le même type de bécher (propreté et forme), et le même volume de solution.

Etant donné que la quantité de soufre formé dépend de sa concentration et du volume de solution, et que l'opacification de la solution dépend de cette même concentration, on peut affirmer que la même quantité de soufre est formé quand la croix cesse d'être visible.

 

d) Les résultats mentionnés mettent en évidence que la durée de réaction diminue quand la quantité d'acide chlorhydrique ajouté augmente. Comme le volume total du mélange est constant (60 mL), on peut conclure que la vitesse de réaction augmente quand la concentration en acide chlorhydrique augmente.

Ces résultats sont en accord avec le cours qui énonçait que la vitesse de réaction augmente avec la concentration d'un des réactifs (ici le réactif : acide chlorhydrique). Mais il faut se souvenir qu'en T.P. on a vu l'influence de la concentration de l'autre réactif (les ions thiosulfate). Ces 2 sé;ries d'expériences montrent que la vitesse de réaction augmente avec la concentration de l'un ou de l'autre des réactifs. Ou d'une manière plus générale : la vitesse de réaction augmente avec la concentration des réactifs.