Exercice 1D

 

Enoncé :

 

En milieu acide, on réalise l'oxydation des ions iodure I^- par l'eau oxygénée, solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H₂O₂.

Cette réaction fait intervenir les 2 couples d’oxydoréduction H₂O₂/H₂O et I₂/I^-.

On étudie la concentration du diiode formé au cours du temps, pour différentes conditions expérimentales. Les résultats sont donnés par le graphe suivant.

 

 

a. Sachant qu'entre les 3 expériences, seule la température a changé, préciser quelle expérience a été réalisée à la température la plus élevée.

b. Ecrire l'équation chimique de la réaction étudiée.

c. Déterminer l'état final des 3 systèmes chimiques, sachant qu'on a utilisé les réactifs suivants :

. . . - 5,0 mL d'eau oxygénée acidifiée, de concentration 0,020 mol.L^-1 ;

. . . - 5,0 mL d'iodure de potassium, de concentration 0,10 mol.L^-1.

d. Indiquer qualitativement l'allure du graphe que l'on obtiendrait, à la même température que celle de l'expérience 1, avec une solution d'iodure de potassium de concentration 0,2 mol.L^-1. Justifier.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Solution :

 

a. La température étant un facteur cinétique, l'expérience dont la vitesse est la plus grande est celle qui est réalisée à la température la plus élevée.

D'après le graphe, c'est l'expérience 1 qui est réalisée à la température la plus élevée.

 

b. Il y a 2 couples rédox en présence : H₂O₂/H₂O et I₂/I^-

Ecrivons leur demi-équation de réaction :

. . . . . . • H₂O₂ + 2 H⁺ + 2 e^- = 2 H₂O

. . . . . . • I₂ + 2 e^- = 2 I^-

La réaction ayant lieu entre l'eau oxygénée H₂O₂ et les ions iodures I^-, ont obtient :

H₂O₂ + 2 I^- + 2 H⁺ = 2 H₂O + I₂

. . . ou bien :

H₂O₂ + 2 I^- + 2 H₃0⁺ = 4 H₂O + I₂

 

c. Calculons les quantités initiales de réactifs.

. . . . . . • n(H₂O₂)_i = [H₂O₂] . V(H₂O₂)

. . . A.N. : . . . n(H₂O₂)_i = 0,020 x 0,0050 = 1,0 . 10^-4 mol.

. . . . . . • n(I^-)_i = [I^-] . V(I^-)

. . . A.N. : . . . n(I^-)_i = 0,10 x 0,0050 = 5,0 . 10^-4 mol.

 

Le tableau d'avancement est le même pour les 3 systèmes (les quantités sont exprimées en mmol):

 

Etat	Avancement	H2O2	+ 2 I-	+ 2 H+	= 2 H2O	+ I2
E.I.	0	0,10	0,50	excès	solvant	0
en cours	x	0,10 - x	0,50 - 2 x	excès	solvant	x
E.F.	xmax	0,10 - xmax	0,50 - 2 xmax	excès	solvant	xmax

 

Calcul de l'avancement maximal :

. . . - pour l'eau oxygénée : 1,0 . 10^-4 - x_max = 0 . . . . . . d'où x_max = 1,0 . 10^-4 mol

. . . - pour les ions iodure : 5,0 . 10^-4 - 2 x_max = 0 . . . . . . d'où x_max = 2,5 . 10^-4 mol

D'où le même état final pour les 3 systèmes :

n(H₂O₂)_f = 0 mol . . . . . .n(I^-)_f = 3,0 . 10^-4 mol. . . . . .n(I₂)_f = 1,0 . 10^-4 mol

 

d. La concentration des réactifs étant un facteur cinétique, si on refait une expérience dans les mêmes conditions que l'expérience 1, mais en augmentant la concentration d'un réactif, on augmente sa vitesse de réaction.

On obtient donc un graphe dont l'allure est représenté en pointillés :