2 (aq)

Suivi cinétique par
spectrophotométrie
TP15
Objectifs de la séance :
-
Suivre l’évolution d’une transformation chimique au cours du temps ;
Déterminer un temps de demi-réaction.
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION :
DOC. 1 : La loi de Beer-Lambert
L’absorbance A d’une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration molaire c de cette
espèce et à l’épaisseur ℓ de la solution traversée :
A=ℓc
(Loi de Beer-Lambert)
Avec :
-
A = absorbance de la solution (sans unité) ;
 = coefficient d’extinction molaire (en L.mol1.cm1) ;
ℓ = épaisseur de la solution traversée (en cm) ;
c = concentration molaire de l’espèce chimique (en mol.L1).
DOC. 2 : Vitesse de réaction et temps de demi-réaction

On définit la vitesse volumique de réaction v à partir de l’avancement x de la réaction et du volume V du système
réactionnel :
1 dx
v 
V dt

dx  variation de l'avancement pendant une durée dt (en mol)

dt  durée (en s)
 v  vitesse volumique de réaction (en mol.L1 .s 1 )

Le temps de demi-réaction, noté t½, est la durée nécessaire pour que l'avancement x de la réaction soit égal à la
moitié de sa valeur finale (ou maximal si la réaction est totale).
DOC. 3 : Spectre d’absorbance d’une solution aqueuse de diiode
1. Étude préliminaire
En présence d’ions péroxodisulfate S2O82-(aq), les ions iodure I– (aq) subissent une oxydation et forment du diiode I2(aq).
Une solution aqueuse de diiode a une couleur variant du jaune au brun suivant sa concentration. Cette réaction est
totale, l’avancement final xf est égal à l’avancement maximal xmax.
Couples mis en jeu :
S2O82-(aq) / SO42-(aq)
;
I2(aq) / I– (aq)
Protocole expérimental :
 Introduire dans 2 béchers différents :
- Un volume V1 = 8 mL d’une solution d’iodure de potassium de concentration C1 = 0,50 mol.L–1 puis un volume
V = 10 mL d’eau distillée (mesuré à l’éprouvette graduée) ;
-
Un volume V2 = 2 mL d’une solution de péroxodisulfate de potassium de concentration C2 = 0,10 mol.L–1
(mesuré à la pipette graduée).
 Sélectionner, sur le colorimètre (relié à une console LabQuest), la longueur d’onde la plus appropriée à l’étude de
la réaction et faire le « blanc ».
 Paramétrer la console Labquest en fixant la durée de l’acquisition à 3200 s.
 Mélanger les deux béchers et remplir rapidement une cuve avec le mélange.
 Placer rapidement cette cuve dans le calorimètre et lancer l’acquisition dès que la cuve est introduite.
Attention : Mesurer la durée entre le début de la réaction (réalisation du mélange réactionnel) et le début de
l’acquisition.
Questions
Q1. Écrire l’équation de la réaction.
Q2. Justifier l’utilisation de la technique de spectrophotométrie pour suivre l’évolution de la réaction.
Q3. Dresser le tableau d’avancement de la réaction et rechercher le réactif limitant.
Q4. En déduire la quantité de matière n(I2)max de diiode formée à la fin de la réaction ainsi que la concentration de
diiode [I2]max dans le bécher.
2. Étude spectrophotométrique
Mettre en œuvre le protocole de la partie précédente.
Questions
Q5. En observant l’acquisition en cours de l’absorbance et en exploitant les résultats précédents, représenter l’allure
probable de A = f(t). Justifier.
Q6. À partir de la loi de Beer-Lambert, exprimer [I2] en fonction de A. En déduire l’allure de la courbe [I2] = f(t).
Justifier.
Q7. À partir du tableau d’avancement, exprimer l’avancement x en fonction de [I2]. En déduire l’allure de la courbe
x = f(t). Justifier.
Q8. À partir de la définition du temps de demi-réaction, exprimer x(t1/2) en fonction de xf.
Q9. En déduire comment déterminer graphiquement t1/2 à partir de la courbe x = f(t).
Q10. Exprimer [I2](t1/2) en fonction de [I2]max puis en déduire comment déterminer graphiquement t1/2 à partir de la
courbe [I2] = f(t).
Q11. Exprimer A(t1/2) en fonction de Amax puis en déduire comment déterminer graphiquement t1/2 à partir de la
courbe A = f(t).
3. Exploitation des mesures
A la fin de l’acquisition, ouvrir le logiciel Logger Pro, connecter la console Labquest à l’ordinateur et transférer les
données vers le logiciel. Imprimer la courbe et la compléter.
Question
Q12. Déterminer graphiquement la valeur t1/2 et comparer cette valeur à celle de la durée de la réaction. Conclure.
CORRECTION
1. Étude préliminaire
Q1. Équation de la réaction :

S2O82(aq)  2I(aq)
 2SO42(aq)  I2 (aq) (1 pt)
Q2. « Une solution aqueuse de diiode a une couleur variant du jaune au brun suivant sa concentration ». On peut
donc suivre l’évolution de la concentration en diiode (produit de la réaction) avec l’évolution de la couleur de la
solution. Un suivi par spectrophotométrie est donc tout à fait indiqué pour cela. (1 pt)
Q3. Tableau d’avancement : (1,5 pt)
REACTIFS
2 I(aq) + S2O82 (aq)
Équation de la réaction :
État du système
PRODUITS

I2(aq)
+
2 SO42 (aq)
Avancement
(mol)
n(I)
n( S2O82- )
n(I2)
n( SO 42- )
x=0
n(I)0
n( S2O82- )0
0
0
x
n(I)0  2x
n( S2O82- )0  x
x
2x
xmax
n(I)0  2xmax
n( S2O82- )0  xmax
xmax
2xmax
État initial
(à la date t = 0)
État intermédiaire
(à la date t)
État final
(à la date t∞)
Quantités de matière initiales :
n(I)0 = C1  V1  n(I)0 = 0,50  8  10–3 = 4,0 × 103 mol
2
xmax = 2,0 × 104 mol
2
n( S2 O8 )0 = C2 V2  n( S2 O8 )0 = 0,10  2 10–3 = 2,0 × 104 mol
 Le réactif limitant est donc l’ion péroxodisulfate (S2O82–). (1 pt)
Q4. Fin de la réaction :
Bilan de matière à l’état final :
2 I  (aq)
+
n(I)final = 3,6 × 103 mol
S2O82- (aq)

n( S2 O8 2 )final = 0
(réactif limitant)
I2 (aq)
SO42- (aq)
+
n(I2)final = 2,0 × 104 mol
2
n( SO 4 )final = 4,0 × 104 mol
On en déduit : n(I2)max = 2,0 × 104 mol (1 pt)
Concentration en diiode :
[I 2 ]max 
n(I 2 ) max
Vsolution
A.N. : [I2 ]max 
(avec Vsolution = V1 + V2 + V)
2 104
 1,0  10–2 mol.L–1 (1 pt)
0,02
2. Étude spectrophotométrique
Temps
Absorbance
[I2]
0 min
2 min
4 min
6 min
8 min
10 min
12 min
14 min
Temps
Absorbance
[I2]
16 min
18 min
20 min
22 min
24 min
26 min
28 min
30 min
Q5. Courbe représentant l’évolution de l’absorbance en fonction du temps, A = f(t) : (0,5 pt)
Q6. Loi de Beer Lambert :
A(t) =   ℓ  [I2]  [I 2 ] 
A(t )
ε 
(0,5 pt)
 La courbe aura la même allure que la courbe A = f(t) puisque [I2] s’exprime en fonction de A(t). (0,5 pt)
Q7. Avancement :
[I 2 ] 
n(I 2 )
x

 x  [I 2 ]  Vsolution (0,5 pt)
Vsolution Vsolution
 La courbe aura la même allure que la courbe A = f(t) puisque x 
Vsolution
 A(t ) . (0,5 pt)
ε 
Q8. Temps de demi-réaction :
Rappel : Le temps de demi-réaction, noté t½, est la durée nécessaire pour que l'avancement x de la réaction soit égal
à la moitié de sa valeur finale.
x(t½) = ½ xfinal (0,5 pt)
 Si la transformation est totale, ce qui correspond à la disparition du(des) réactif(s) limitant(s), l'avancement final
est égal à l'avancement maximal :
x(t½) = ½ xmax
Q9. Détermination graphique du temps de demi-réaction :
Le temps de demi-réaction peut être déterminé à partir du graphique donnant la variation de l’avancement de la
réaction en fonction du temps, x = f(t) : t½ est l’abscisse du point d’ordonnée
Q10. Comme x(t½) = ½ xmax et xmax  [I 2 ]max  Vsolution , on en déduit :
xf
2
. (0,5 pt)
[I 2 ]max
(0,5 pt)
2
[I ]
On en déduit que t½ est l’abscisse du point d’ordonnée 2 max sur la courbe [I2] = f(t). (0,5 pt)
2
[I 2 ](t1/2 ) 
Vsolution
 A(t ) , on en déduit :
ε 
A
A(t1/2) = max (0,5 pt)
2
A
On en déduit que t½ est l’abscisse du point d’ordonnée max sur la courbe A = f(t). (0,5 pt)
2
Q11. Comme x(t½) = ½ xmax et x 
3. Exploitation des mesures
Q12. Détermination graphique de t½ :
À l’aide du logiciel d’acquisition, on détermine graphiquement t½ : t½ = 126 s (0,5 pt)
Durée totale de la réaction : tf = 940 s.
Donc tf  23  t½. (0,5 pt)
 Barème à terminer