Sujet complémentaire Bac – Ministère – Suivi spectrophotoétrique ( 5 points) Calculatrice autorisée

On se propose d'étudier la cinétique de la réaction entre l'acide oxalique H2C2O4 et les ions permanganate MnO4-  par spectrophotométrie.

L'avantage de cette méthode est de pouvoir suivre la cinétique d'une réaction en direct.

La réaction est effectuée dans la cellule d'analyse du spectrophotomètre.

Le spectrophotomètre est réglé sur une longueur d'onde qui donne une absorption maximale.

La seule espèce colorée est l'ion permanganate.

Expérience :

Dans un bécher de 50 mL, on mélange V1 = 10,0 mL d'une solution de permanganate de potassium acidifiée de concentration C1 = 1,0.10-3 mol.L-1 .

On ajoute une spatule de nitrate de manganèse (II) Mn(NO3)2 : les ions Mn2+ sont catalyseur de la réaction ( Cela signifie que ces ions accélèrent la réaction).

On supposera que le volume de la solution n'est pas modifié par la dissolution de ce solide qui n'interviendra pas dans l'écriture de la réaction chimique.

A l'instant t = 0 s, on ajoute V2 = 10,0 mL d'une solution d'acide oxalique H2C2O4 de concentration C2 = 1,0.10-2 mol.L-1 .

On homogénéise le mélange et on verse immédiatement une partie du mélange dans une cellule de spectrophotométrie. Toutes les minutes, on note la valeur de l'absorbance de la solution.

Les résultats obtenus sont consignés dans le tableau ci-dessous :

Temps (min)

1

2

3

4

5

6

7

8

Absorbance

0,650

0,420

0,275

0,175

0,115

0,075

0,045

0,030


On rappelle que l'absorbance de la solution est proportionnelle à la concentration molaire des ions permanganate.

Dans les conditions de l'expérience : A = 2000.[MnO4-] où la concentration est exprimée en mol.L-1 .

Questions :

1) La réaction est une réaction d'oxydoréduction faisant intervenir les couples oxydant/réducteur suivants : 

MnO4- / Mn2+   et  CO2 / H2C2O4

Ecrire l'équation de la réaction. 

La réaction sera considérée comme étant totale.

2) Montrer que le protocole est tel que l'acide oxalique est en excès.

3) Représenter sur un graphique les valeurs de l'absorbance en fonction du temps en utilisant l'échelle suivante : Abscisse : 2 cm pour une minute   ;   ordonnée : 1 cm pour 0,1

4) Définir la vitesse volumique de la réaction en fonction de l'avancement x de la réaction, puis en fonction de l'absorbance A.

5) A l'aide du graphe, comparer la valeur de cette vitesse volumique aux dates t = 2 minutes et t = 7 minutes.

6) A l'aide des données du protocole, déterminer l'absorbance de la solution à l'instant initial t =0s, juste avant que la réaction n'ait commencé alors que les réactifs sont déjà mélangés.

Cette valeur n'est, bien entendu, pas accessible par la mesure.

7) Déterminer, par le calcul, la concentration des ions permanganate lorsque l'avancement est égal à la moitié de l'avancement final de la réaction.

8) En déduire, le temps t1/2  de demi-réaction.

 

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