TP n°8 : Temps et évolution chimique. Cinétique et catalyse.
I.
Suivi temporel d'une synthèse organique par CCM
Préparer une plauque CCM afin de pouvoir y réaliser 4 dépôts.
Dans un erlenmeyer :
- introduire 2,0 mL d'alcool benzylique prélevé à l'aide d'une pipette graduée
- rajouter 25 mL d'acétate d'éthyle prélevé à l'éprouvette graduée
Réaliser un premier dépôt sur la plaque de CCM.
Ajouter dans l'erlenmeyer environ 40 mL de la solution diluée d'eau de javel (prélevée à l'éprouvette graduée) et
environ 0,6 g de bromure de tétrabutylammonium.
Adapter un réfrigérant à air puis mettre en route une agitation magnétique vigoureuse et déclencher le
chronomètre.
Aux instants de date t = 10 min, 25 min et 45 min, arrêter l'agitation et réaliser un dépôt de la phase organique (la
phase suprérieure) sur la plaque CCM. Remettre en route l'agitation vigoureuse.
Quand les 4 dépôts ont été effectués , réaliser l'élution en utilisant le dicholorométhane comme éluant. Révéler
la plaque à la lampe UV, puis entourer les taches qui apparaissent.
Données : L’équation de la réaction qui se produit s’écrit :
+
ClO - →
+ Cl - + H2O
Dans les conditions de l’expérience, le réactif limitant est l’alcool benzylique.
Représenter l’allure du chromatogramme.
Rappeler le rôle de l’éluant et du révélateur (la lampe UV dans cette manipulation).
La transformation chimique réalisée est-elle instantanée ? Justifier.
Sachant que seules les espèces organiques de cette réaction sont révélées par la lampe UV, attribuer
chaque tache de la CCM à une espèce chimique.
5. Dans cette expérience, quel critère permettrait de dire que la transformation est terminée ? Est-ce le cas ?
1.
2.
3.
4.
II. Observons des réactions lentes et rapides
Réaliser quelques transformations chimiques et dans chaque cas observer leur évolution temporelle.
Expérience n°1 : Dans un tube à essai introduire 2 mL de solution aqueuse d’ions fer (II) Fe2+(aq).
Ajouter 5 gouttes de solution aqueuse acidifiée d’ions permanganate MnO4- (aq).
Expérience n°2 : Dans un tube à essai introduire 2 mL de solution aqueuse d’ions peroxodisulfate S2O82- (aq).
Ajouter 5 gouttes de solution aqueuse d’ions iodure I- (aq). Au cours de cette réaction, il se forme
des ions sulfate SO42- (aq) et du diiode I2 (aq).
Expérience n°3 : Dans un tube à essai introduire 2 mL de solution aqueuse d’ions plomb (II) Pb2+ (aq).
Ajouter 5 gouttes de solution aqueuse d’ions iodure I- (aq). Il s’agit d’une réaction de
précipitation.
Expérience n°4 : Dans un tube à essai introduire 2 mL de solution aqueuse d’ions thiosulfate S2O32- (aq).
Ajouter 5 gouttes de solution aqueuse de diiode I2 (aq). Au cours de cette réaction, il se forme des
ions tétrationate S4O6 2- (aq) et des ions iodure I- (aq).
1. Compléter le tableau suivant:
observation permettant de suivre l’évolution temporelle
du système chimique
transformation lente ou
rapide
Expérience n°1
Expérience n°2
Expérience n°3
Expérience n°4
2. Ecrire les équations support des expériences 2,3 et 4.
III. Modifier la durée d'une réaction
Etudions les paramètres que le chimiste peut contrôler pour modifier la durée d'une transformation.
Démarche d'investigation
L'ion thiosulfate S2O32-(aq) se transforme progressivement en milieu acide selon la réaction d'équation :
S2O32-(aq) + 2 H3O+ (aq) → S(s) + SO2 (aq) + 3H2O (l).
La formation de particules de soufre solide en suspension opacifie le milieu réactionnel initialement limpide.
Quel critère expérimental peut-on utiliser pour évaluer la durée de cete transformation ?
Quels paramètres peuvent modifier la durée de la transformation ?
Discussion :
Confronter les hypothèses proposées.
Proposer un protocole expérimental permettant d'évaluer la durée de la transformation et d'étudier l'influence du
paramètre indiqué par le professeur sur cette durée.
Expérimenter
Chaque binôme mettra en oeuvre le protocole indiqué par le professeur.
Solutions et matériel disponibles sur votre paillasse :
-1
- solution de thiosulfate de sodium ( 2 Na+ (aq) , S2O32- (aq)) à 0,20 mol.L ;
- solution d'acide chlohydrique (H3O+ ,Cl - ) à 0,10 mol.L-1
- verrerie
Vous pourrez demander du matériel complémentaire au professeur
Conclure.
Mettre en commun les observations et conclure quant à l'influence des différents paramètres sur la durée de la
transformation .
Les paramètres qui modifient la durée d'une transformation sont appelés des facteurs cinétiques :
-
IV. Etude de différents types de catalyse
Une solution d'eau oxygénée contient du peroxyde d’hydrogène H 2O2. Une solution d’eau oxygénée n’est pas
stable : le peroxyde d’hydrogène H2O2 se décompose lentement en formant de l’eau et du dioxygène O2(g).
Écrire l'équation de la réaction associée à la décomposition lente du peroxyde d’hydrogène
Catalyses de la décomposition de l’eau oxygénée
Expérience professeur
Dans deux bécher verser environ 20 mL d’eau oxygéne. Dans l'un d'eux, ajuter une roue dentée recouverte de
platine utilisée pour la désinfection des lentilles de contact.
Quelles observations montrent que le platine intervient dans la réaction ?
Est ce un réactif de la réaction étudiée ? Justifier.
Le platine est un catalyseur de la réaction . Proposer une définition pour le terme "catalyseur".
Expliquer la forme dentée du support de platine (voir information ci-dessous).
Information : les atomes de platine superficiels peuvent se lier aux molécules H 2O2 venant frapper la surface du
métal. Il s'agit d'une adsorption. Celle-ci rend plus fragile les liaisons interatomiques des molécules H 2O2. La
décomposition de H2O2 devient ainsi plus facile ce qui accroît la vitesse de la réaction. Les produits formés quittent
la surface du catalyseur, c'est la désorption. D'autres molécules de H2O2 peuvent ensuite s'y fixer pour y subir la
même transformation.
Expérience élève :
Préparer 4 tubes à essais remplis au tiers environ de leur hauteur avec une solution d’eau oxygénée.
Le tube 1 sera le tube témoin.
Ajouter dans le tube 2, deux gouttes de solution contenant des ions Fe3+ .
Ajouter dans le tube 3 environ 1 mL de solution contenant des ions Fe3+.
Ajouter dans le tube 4, un morceau de navet écrasé ou de viande
Dans un cinquième rempli au tiers d’eau ajouter le même volume de solution contenant des ions Fe3+ que dans le
tube 3.
Observations
Comparer l’aspect des contenus des tubes à essais et du bécher en cours de tranformation. Décrire l’évolution de
la couleur de la solution dans le tube 3 en la comparant avec celle du tube 5.
Interpéter
- Lors de la catalyse dans le tube 3, la réaction lente a été remplacée par deux réactions plus rapides. Le
catalyseur a été consommé lors de la première réaction réaction et a été régénéré lors de la deuxième
réaction.
Illustrer cette affirmation en vous servant de l'étude expérimentale élève.
Définitions
Un catalyseur est une espèce chimique qui ………………………………….une réaction chimique cinétiquement
lente sans être …………………………………. par celle-ci : sa formule n’apparaît pas dans l’équation de la
réaction.
Lorque le catalyseur et tous les réactifs sont dans la même phase, la catalyse est dite homogène ; elle est
hétérogène dans le cas contraire. La catalyse est enzymatique si le catalyseur est une enzyme.
- Caractériser les types de catalyse dans les tubes 2, 3, 4 et dans le bécher en utilisant les adjectifs hétérogène ,
homogène ou enzymatique.
- Expliquer pourquoi une effervescence se produit si de l'eau oxygénée est versée sur une blessure et pas sur
une peau saine L’eau oxygénée est utilisée pour la désinfection de plaies.
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tp3 : reaction entre une solution d`acide chlorhydrique et le metal