Chapitre 11 : Cinétique chimique et catalyse Activité riennevadesoi.fr Compétences : Déterminer un temps de demi-réaction. Suivi d’une cinétique chimique par spectrophotométrie Document 1 Rappels des notions de transmittance et d’absorbance Le colorimètre en position T (Transmittance) mesure la capacité d'une solution à laisser passer une lumière monochromatique : si la transmittance « T » d'une solution pour une lumière de longueur d'onde 𝝀 vaut 100% (1,00V au voltmètre), la solution laisse passer toute la lumière, elle est « transparente » pour cette couleur. Au contraire si T = 0 (0,00V au voltmètre), la solution est « opaque » pour cette couleur. Le colorimètre en position A (Absorbance) mesure la capacité d'une solution à absorber une lumière monochromatique. Lorsque A = 0, la solution est « transparente » pour cette couleur. Pour une solution très opaque, A devient très grand (pour ce colorimètre A → 2V) Document 2 Temps de demi-réaction t1/2 On appelle temps de demi-réaction t1/2 la durée de transformation pour laquelle l’avancement x est égal à la moitié de l’avancement final xf. I. Relation entre l'absorbance et la concentration de l'espèce chimique colorée (loi BEER-LAMBERT) Préparation du colorimètre Choix de la longueur d’onde : une solution colorée absorbe plus ou moins certaines couleurs. Ci-contre, la courbe d’absorbance d’une solution aqueuse de diiode (I2) en fonction de la longueur d’onde dans le vide de la lumière. 1. A partir de cette courbe, justifier la valeur de la longueur d’onde à utiliser pour notre étude. II. Étalonnage du colorimètre Faire le « blanc » Avant toute mesure, il faut faire le « blanc » c’est-à-dire mettre à zéro l’absorbance de la solution de référence par rapport à laquelle on mesure les absorbances. (Voir notice jointe) Droite d’étalonnage Pour étalonner le colorimètre, vous disposez de plusieurs solutions aqueuses de diiode concentrations de 2,0.10-4 mol⋅L–1 à 1,0⋅10–3 mol⋅L–1 Mesures déjà préparée n° solution 1 C (x l0-4) mol.L-1 2,00 A à préparer 2 4,00 déjà préparée 3 6,00 déjà préparée 4 8,00 solution mère 5 10,0 1 Chapitre 11 : Cinétique chimique et catalyse Activité riennevadesoi.fr 2. Vous devez préparer 20 mL de la solution n°2 de concentration c = 4,00⋅10–4 mol⋅L–1 à partir de la solution « mère » de concentration c = 1,0⋅10–3 mol⋅L–1. Proposer un protocole. 3. Mesurer les absorbances des solutions 1 à 5. Tracer la courbe A = k × [I2] à l’aide du tableur de votre choix (Excel ou Régressi). A l’aide du tableur modéliser la courbe obtenue et déterminer la valeur de la constante de proportionnalité k. III. Suivi cinétique d’une réaction La réaction suivie cinétiquement est la réaction lente d’iodure de potassium (K+ , I-) et de peroxydisulfate de sodium (2 x Na+ , S2O8 2-). (les ions sulfates sont incolores) Mode opératoire : préparer le mélange réactionnel - - A l'aide de la pipette jaugée, verser 2,0 mL de la solution d'iodure de potassium de concentration C = 2,0.10-1 mol.L-1 dans la cuve. A l'aide d'une autre pipette jaugée, ajouter rapidement 2,0 mL de peroxodisulfate de sodium de concentration C = 5,0.10-3 mol.L-1 en déclenchant le chronomètre et placer celle-ci dans le colorimètre. Appeler le professeur avant le rajout. Mettre le cache noir du spectrophotomètre et mesurer l'absorbance, il faut qu'au plus tard à t = 30 s vous puissiez faire la première mesure de A. La mesure suivante doit être faite 30 s plus tard, etc. Mesures Relever dans le tableau de mesure les différentes valeurs de l'absorbance au cours du temps (une mesure toutes les 30 secondes au début ; ensuite respecter les dates des mesures indiquées.) t min 0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 5,5 6,0 6,5 7,0 7,5 8,0 8,5 9,0 10,0 11,0 12,0 13,0 18,0 20,0 30,0 40,0 50,0 A(t) x(t) t min A(t) x(t) Exploitation 4. Écrire l'équation de la réaction. Couples d’oxydoréduction en présence I2 / I- et S2O82-/ SO425. Déterminer le réactif limitant et xmax. 6. Déterminer la relation entre la concentration [I2] et l'avancement de la transformation. En déduire la relation entre x(t) et A(t). Remplir la 3e ligne du tableau. Le tableau peut être rempli à l'aide du tableur choisi. 7. Quelle est la valeur expérimentale de l'avancement final Xf ? Comparer avec la valeur théorique xmax. Commenter. 8. Tracer la courbe de suivi cinétique : x = f(t) à l'aide du tableur de votre choix (Excel ou Régressi) 9. Déterminer le temps de demi-réaction t1/2. 2
