Exercices Chap 02 – Transformations lentes et rapides – Facteurs cinétiques

 

ex 10 p 44         couples : BM+ / BMH            BM : bleu de méthylène

a)     BM+ est l'oxydant et BMH est le réducteur .
BM+(aq) + H+(aq) + 2 e- = BMH

b)    C6H11O7- / C6H12O6  :      C6H11O7-(aq) + 2 e- + 3 H+(aq) = C6H12O6(aq) + H2O(l)  

c)     couple : O2 / H2O     :      O2(aq) + 4 H+(aq) + 4 e- = 2 H2O(l)

d)       BM+(aq) + C6H12O6 (aq) + H+(aq) + H2O(l) = BMH(aq) + 3 H+(aq) + C6H11O7-(aq) 
   BM+(aq) + C6H12O6 (aq) + H2O(l) = BMH(aq) + 2 H+(aq) + C6H11O7-(aq)
  bleu                                           incolore

e)     2 BMH(aq) + O2(aq) + 4 H+(aq) = 2 BM+(aq) + 2 H+(aq) + 2 H2O(l)
2 BMH(aq) + O2(aq) + 2 H+(aq) = 2 BM+(aq) + 2 H2O(l)
incolore                                   bleu

f)      La 1ère réaction est lente , la 2ème est rapide

 

ex 13 p 44

a) S2O82-(aq) + 2 e-  = 2 SO42-(aq)            et             2 I-(aq) = I2(aq) + 2 e- 
S2O82-(aq) + 2 I-(aq) = 2 SO42- (aq) + I2(aq)

La solution est incolore au départ puis elle se colore en jaune .

b) entre 1 et 2, les concentrations des réactifs ont doublées, la transformation sera donc plus rapide pour le mélange 2. 

Entre 1 et 3, la température est passée de 18°C à 33°C, la transformation sera donc plus rapide pour le mélange3.

 

ex 14 p 44      c(KI) = 0,20 mol.L-1  et  c(H2SO4 ) = 0,50 mol.L-1  et c( H2O2 ) = 1,0.10-2 mol.L-1

a)   H2O2(aq)  + 2 e-   + 2 H+ (aq) = 2 H2O(l)           et             2 I-(aq) = I2(aq) + 2 e-  
H2O2(aq)  + 2 H+ (aq) + 2 I-(aq) = I2(aq) + 2 H2O(l)
Il y a formation de diiode de couleur jaune

b) les réactifs sont I- , H2O2   et H+
[I-] = n(I-) / vT = cKI . V1 / VT    ⇒  [I-]1 = 0,20 x 10 / 100 = 0,02 mol.L-1

[I-]2 = 0,2 x 20 / 100 = 0,04 mol.L-1    et   [I-]3 = 0,2 x 30 / 100 = 0,06 mol.L-1

[H2O2]1 = [H2O2]2 =[H2O2]3 = cH2O2 . V / VT = 0,010 x 50 / 100 = 0,005 mol.L-1

[H+]1 = [H+]2 =[H+]3 = 2 ca . Va / VT = 2 x 0,5 x 10 / 100 = 0,10 mol.L-1

(ATTENTION : H2SO4 en solution fournit 2 ions H+ )

c) De 1 à 3, [I-] augmente alors que les autres concentrations restent constantes, cela va augmenter la vitesse de réaction.

d) n(I-)1 = [I-]1 . VT = 0,02 x 100.10-3 = 0,002 mol  

n(I-)2 = [I-]2 .VT = 0,04 x 100.10-3 = 0,004 mol , n(I-)3 = [I-]3 . VT = 0,06 x 100.10-3 = 0,006 mol

n( H2O2)1 = n( H2O2)2 = n( H2O2)3 = [H2O2] . VT = 0,005 x 100.10-3 = 0,0005 mol

n(H+) = 0,1 x 100.10-3 = 0,01 mol

equation : H2O2(aq)  + 2 H+ (aq) + 2 I-(aq) = I2(aq) + 2 H2O(l)
si H2O2   est en défaut,  n( H2O2) - xmax = 0  ⇒  xmax = 0,0005 mol

si  H+ est en défaut , n(H+) - 2 xmax = 0  ⇒ xmax = 0,01 / 2 = 0,005 mol

si I- est en défaut , n(I-) - 2 x max = 0 ⇒ xmax = 0,001mol ou 0,002 mol ou 0,003 mol.

Dans tous les cas, la 1ère valeur atteinte est xmax = 0,0005 mol, H2O2 est le réactif limitant.

Dans tous les cas, n(I2)f = xmax = 0,0005 mol , [I2]f = 0,0005 / 100.10-3 = 0,005 mol.L-1

Tous les mélanges auront donc la même couleur finale.

 

ex 15 p 45

1) H2O(l) + S2O32-(aq) = 2 SO2 (aq) + 4 e- + 2 H+(aq)  /  S2O32-(aq) + 4 e- + 6 H+(aq)  = 2 S(aq) + 3 H2O(l)

⇒ S2O32-(aq) + 2 H+(aq) = SO2(aq) + S(aq) + H2O(l)

2) a) On ajoute un certain volume d'eau pour obtenir un volume identique dans les 3 béchers.

b) [S2O32-(aq)]1 = c1.V1 / VT = 0,25 x 10.10-3 / 55.10-3 = 4,5.10-2 mol.L-1

[S2O32-(aq)]2 = c1.V1 / VT = 0,25 x 20.10-3 / 55.10-3 = 9,1.10-2 mol.L-1

[S2O32-(aq)]3 = c1.V1 / VT = 0,25 x 30.10-3 / 55.10-3 = 0,14 mol.L-1

[S2O32-(aq)]4 = c1.V1 / VT = 0,25 x 40.10-3 / 55.10-3 = 0,18 mol.L-1

[H+(aq)]1 = [H+(aq)]2 = [H+(aq)]3 = [H+(aq)]4 = c3.V3 / VT = 1,00 x 5.10-3 / 55.10-3 = 9,1 mol.L-1

c) De 1 à 4, la concentration des ions thiosulfate augmente, cela augmente la vitesse de réaction, ce qui justifie la diminution de la durée d'opacification du mélange.

d) mélange 1 : n(S2O32-(aq))1 i =  [S2O32-(aq)]1 . VT = c1 . V1 = 0,25 x 10.10-3 = 2,5.10-3 mol

n(H+(aq) )i = c3.V3 = 1,00 x 5.10-3 = 5.10-3 mol

2 n(S2O32-(aq))1 i =  n(H+)i  ⇒ mélange stoechiométrique

mélange 2 : n(S2O32-(aq))2 i =  [S2O32-(aq)]2 . VT = c1 . V1 = 0,25 x 20.10-3 = 5,0.10-3 mol

n(H+(aq) )i = c3.V3 = 1,00 x 5.10-3 = 5.10-3 mol

Si S2O32-(aq) est en défaut, n(S2O32-(aq))1 i – 5 xmax = 0   ⇒  xmax = 1.10-3 mol

Si H+(aq) est en défaut, n(H+(aq) )i – 6 xmax = 0  ⇒ xmax = 5.10-3 / 6 = 8,3.10-4 mol

⇒ H+(aq)  est en défaut  et n(S)f = 2 xmax = 1,7.10-3 mol  ⇒  m(S) = n(S)f . M(S) = 5,3.10-2 g

mélange 3 : n(S2O32-(aq))3 i =  [S2O32-(aq)]3 . VT = c1 . V1 = 0,25 x 30.10-3 = 7,5.10-3 mol

n(H+(aq) )i = c3.V3 = 1,00 x 5.10-3 = 5.10-3 mol

Si S2O32-(aq) est en défaut, n(S2O32-(aq))1 i – 5 xmax = 0   ⇒  xmax = 1,5.10-3 mol

Si H+(aq) est en défaut, n(H+(aq) )i – 6 xmax = 0  ⇒ xmax = 5.10-3 / 6 = 8,3.10-4 mol

⇒ H+(aq) est en défaut  et n(S)f = 2 xmax = 1,7.10-3 mol  ⇒  m(S) = n(S)f . M(S) = 5,3.10-2 g

mélange 4 : n(S2O32-(aq))4 i =  [S2O32-(aq)]4 . VT = c1 . V1 = 0,25 x 40.10-3 = 1,0.10-2 mol

n(H+(aq) )i = c3.V3 = 1,00 x 5.10-3 = 5.10-3 mol

Si S2O32-(aq) est en défaut, n(S2O32-(aq))1 i – 5 xmax = 0   ⇒  xmax = 2.10-3 mol

Si H+(aq) est en défaut, n(H+(aq) )i – 6 xmax = 0  ⇒ xmax = 5.10-3 / 6 = 8,3.10-4 mol

⇒ H+(aq) est en défaut  et n(S)f = 2 xmax = 1,7.10-3 mol  ⇒  m(S) = n(S)f . M(S) = 5,3.10-2 g

Il y a une différence d'opacité en fin d'expérience entre le mélange 1 et les autres . Le mélange 1 est plus clair que les autres.

 

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