Chimie - Collège des Saints-Coeurs

Collège des Saints-Cæurs
- Sioufi -
Examen
Classes
I- Janvier 2010
TSV et TSM
Durée : 100 min.
Chimie
N.B L'usage d'une calculatrice non programmable
Attention ! Ia présentation est de rigueur
est autorisé
Deux antiseptiques
Le lugol et I'eau oxygénée sont deux antiseptiques couramment utilisés. Les indications portees sur deux
flacons de solutions commerciales contenant chacun de ces antiseptiques sont données dans le tableau cidessous.
Lusol (Solution Sn)
Composition : Eau iodée
ou solution de diiode Ir (aq)
Eau oxvsénée H"O, (aa) (Solution S')
Composition : fflu oxygénée stabilisée
Concentration l0 volumes ou
concentration molaire C1 : 0,89 mol.L-r
On se propose dans cet exercice de tracer une courbe d'étalonage à I'aide d'un spectrophotomètre alin
d'utiliser cet appareil pour :
- déterminer la concentration molaire de la solution So de diiode,
- étudier la cinétique d'une transformation chimique mettant en jeu I'eau oxygénée.
Les parties
2 et3 sont indépendantes
et peuvent être traitées séparément.
1. courbe d'étalonage du spectrophotomètre
On dispose de six solutions aqueuses de diiode de concentrations molaires apportées différentes. La
mesure de l'absorbance A de chaque solution a été réalisée avec un spectrophotomètre UV- visible réglé
à la longueur d'onde ),: 500 nm. Le spectrophotomètre utilisé admet une gamme de mesures pour
I'absorbance de Ao : 0 à A-rr:2,0 .
Parmi les espèces chimiques présentes, le diiode est la seule espèce qui absorbe à 500 nm. Les résultats
obtenus permettent de tracer la courbe d'étalonage de la figure
I
de I'annexe (à rendre avec la copie).
1.1 Justifier, à partir de la courbe d'étalonage, que les grandeurs portées sont le graphe sont liées par une
relation de la forme A: k llzl . Déduire la valeur de k.
1.2 On note I Iz ] -* la concentration molaire apportée en diiode au-delà de laquelle I'absorbance d'une
solution de diiode n'est pas mesurable par le spectrophotomètre utilisé ici. Déterminer graphiquement
la valeur I Iz ] -o, en faisant clairement apparaître la méthode utilisée sur la figure 1 de l'annexe .
2. Concentration molaire apportée de la solution de diiode So
Pour determiner la concentration molaire en Iz de la solution de diiode So, il est ici nécessaire de diluer
dix fois la solution commerciale So . La solution obtenue est notée S'o. Le matériel mis à disposition est
le suivant :
- Béchers 50 mL, 100 mL, 250 mL ;
- Pipettes jaugées 5 mL, 10 mL, 2A mL;
- Eprouvettes graduées l0 mL,20 mL, 100 mL ;
- Fioles jaugées 100 mL, 250 rnt-; 500 mL .
2.1 Choisir le matériel nécesaire pour préparer 5'6
2.2 Sans modifier les reglages du spectrophotomètre, on mesure l'absorbance de la solution S'o et on
trouve At : 1,0 .
2.2.lDeterminer graphiquement, sur la figure 1 de l'annexe, la concentration molaire apportée en 12 de la
solution S'o . En déduire la concentration molaire en Iz de la solution commerciale So.
1
2.2.2 Pourquoi a-t-il été nécessaire de diluer la solution commmerciale
So ?.
3. Suivi cinétique d'une transformation chimique par spectrophotométrie
La transformation qui a eu lieu dans l'étude proposée est modéliséepar la réaction dont l'équation est
HzOz
(aq) + 2l-(aq) + 2rf (aq)
:
Iz
(aq)
:
+2H2O @)
La mesure de I'absorbance du diiode présent dans le milieu réactionnel, à la longueur d'onde I: 500 nm,
permet de suiwe l'évolution temporelle de la quantité de diiode formé et de réaliser ainsi un suivi
cinétique.
La courbe A: f (t) est donnée sur la figure 2 de I'annexe.
Afin de réaliser ce suivi cinétique :
-
on prépare une solution 52 (concentration Cz) dix fois moins concentrée que la solution Sr
(concentration Cr :0,89 mol.L-r ) d'eau oxygénée commerciale. ;
- on mélange, dans un bécher, V: 5,0 mL d'acide sulfurique et Vr :9,0 mL d'une solution
d'iodure de potassium ( I- * K. ) ;
- à l'instant t :0 , on introduit dans le bécher un volume Vz : I mL de la solution Sz d'eau
oxygénée.
Un échantillon du milieu réactionnel est versé dans une cuve que I'on introduit dans le spectrophotomètre
( la valeur de k est trouvée en 1.1 ).
Dans les conditions de l'expérience, les ions I- et les ions ff (uq) sont introduits en excès par rapport à
l'eau orygénée.
3.1 Définir un oxydant, écrire les couples oxydant/ réducteurs mis en jeu dans la réaction étudiée et les
demi-équations électroniques correspondantes .
3.2 Compléter littéralement, en utilisant les notations de l'énoncé, le tableau descriptif de l'évolution du
système donné sur la figure 3 de l'annexe.
3.3 Établir I'expression de l'avancement 1(t) de la réaction en fonction de I Iz ] (t) et de Vtotvolume du
mélange.
3.4 Montrer que la vitesse volumique de la réaction peut s'écrire sous la forme : v (t)
3.5 Calculer la valeur de la vitesse pour
temps.
t:
5 min. Expliquer
: | 4,t'l
kdt
l'évolution de cette vitesse au cours du
3. 6 Transformation totale ou limitée ?
3.6.1 À partir des résultats expérimentaux donnés sur la figure 2, déterminer la valeur de l'avancement
finalys de la transformation étudiee.
3.6.2Déterminer la concentration molaire Cz de la solution Sz de I'eau oxygénée. Quelle est la valeur de
fuo *,IJzOz etant le réactif limitant.
3.6.3 Déuire la valeur du taux d'avancement fïnal
t
de la transformation. Conclure.
3.7 Déterminer graphiquement le temps de demi-réaction.
Nom:
Classe:
TSV,
TSM
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