Chap 2 Et 3 Chimie TS 2009

Chimie Chapitre 2 et 3.

Suivi Temporel d’une Transformation Objectifs:  Suivre une transformation chimique au cours du temps  Définir et mesurer la vitesse « volumique » d’une transformation chimique. P.B.P

I. 

Présentation

Une méthode Physique

Une méthode Chimique

La spectrophotométrie

Le titrage

Idée : trouver une quantité mesurable au cours du temps, proportionnelle à la concentration ou à la quantité de matière de l’espèce suivie. quantité mesurable Absorbance A

C, n

Pour un produit

Pour un réactif

Volume équivalent Veq

temps t

II. Suivi Spectrophotométrique

TP

Lorsque le lumière arrive sur un milieu homogène, une partie de cette lumière incidente est réfléchie, une partie est absorbée par le milieu et le reste est transmis. longueur de la cuve l On défini la grandeur

I0(λ)

Absorbance A I (λ)

comme :

A= Log (I0/I) Grandeur sans unité !

Le rapport I0/I et donc A= Log (I0/I) va dépendre de la longueur d’onde de la lumière incidente : longueur de la cuve l I0(λ)

I (λ)

Afin d’augmenter l’amplitude des variations de A (en fonction de la concentration de la solution)… On filtrera la lumière incidente de façon à n’envoyer que des rayonnements présentant le maximum d’absorbance.

Quelle relation entre absorbance et concentration ? Loi de Berr-Lambert (XIXième) C’est la loi fondamentale de la spectrophotométrie. Elle stipule que :

Aλ=k C

Absorbance

Facteur qui dépend de la largeur l de la cuve et de la nature de la solution

I0(λ)

Solution colorée de concentration C (espèce colorée)

Concentration mol.L-1

Autrement dit…

I (λ)

L’absorbance est proportionnelle à la concentration de l’espèce colorée en solution.

  Valable dans un large domaine de concentration

l

  Et pour une radiation monochromatique donnée.

Courbe d’étalonnage : C’est ainsi que l’on appelle la courbe A750

représentative de la relation

Aλ=k C

K s’identifie à la pente de cette droite ! Remarque 1 : L’absorbance du solvant a été déduite.

0,5

Remarque 2 : lorsque la solution contient deux solutés colorés, les absorbances s’ajoutent Aλ= Aλ1+ Aλ2 .

0,05

C (mol.L-1)

Au final :

si nous disposons d’une solution dont une espèce est colorée et que la concentration de cette espèce évolue en fonction du temps, par exemple :

H2O2 (aq) + 2H3O+(aq)+ 2I-(aq) = 4H2O+ I2(aq) I2 est une espèce colorée

courbe d’étalonnage spectrophotométrique de I2

A550

[I2]

A550

t

[I2]

t

III.Suivi cinétique par titrage TP Nous allons traiter cette section et la suite sur le même exemple : H2O2 (aq) + 2H3O+(aq)+ 2I-(aq) = 4H2O+ I2(aq)

Problèmes :  Comment dire « STOP » à la réaction pour doser I2 à un instant t donné ?  Comment doser le diiode I2 produit ?

Problème 1 : Comment dire « STOP » à la réaction pour doser I2 à un instant t donné ?

Extraire une partie de la solution et

Réaliser une « TREMPE » La température est un facteur cinétique !

Problème 2 : Comment doser le diiode I2 produit ?

L’ion thiosulfate S2O32est un bon réactif titrant car

  C’est un réducteur incolore, capable de réduire les ions I2   La TRANSFORMATION entre S2O32- et I2 est RAPIDE.   La TRANSFORMATION entre S2O32- et I2 est TOTALE.

I2(aq)+ 2 S2O32-(aq) = 2I-(aq)+S4O62-(aq)

  Avancement de la réaction « principale » Dresser le tableau d’avancement de la réaction entre l’eau oxygénée et l’ion iodure :

H2O2 (aq) + 2H3O+(aq)+2 I-(aq) = 4H2O+ I2(aq) État initial (mol) État intermédiaire État final (mol)

Et exprimer la quantité de matière de diiode formée en fonction de x

Ainsi, on a

n(I2)t=x

  Avancement de la réaction de dosage Dresser le tableau d’avancement de la réaction entre le diiode formé et l’ion thiosulfate versé à l’équivalence :

I2(aq)+ 2 S2O32-(aq) = 2I-(aq)+S4O62-(aq) État initial (mol) État intermédiaire État final (mol)

Exprimer enfin n(I2)t en fonction de Veq et de la concentration C de la solution titrante

Résultat du travail pratique t (min) Veq (ml)

X (mol)

2

5

10

15

20

25

30

40

IV.Temps de demi réaction t1/2 Définition : le temps de demi-réaction t1/2 est le temps au bout duquel l’avancement x de la réaction prend la moitié de sa valeur finale. Avancement X(mol)

xf Xf/2 t1/2 temps t

Encore une fois… x (mol) xmax

xmax/2 L ’abscisse du point de la courbe d ’ordonnée xmax/2 est t1/2 0

t1/2

t

V.Vitesse de réaction Définition : la vitesse volumique de réaction est le « taux volumique » d’accroissement de l’avancement au cours du temps. Avancement de la réaction

Mais encore… Vitesse en…

v = 1/V dx/dt

Volume du système chimique (L) Cette vitesse peut

(mol)

en seconde

Se calculer, si l’on dispose de la fonction x(t) Se Mesurer, si l’on dispose du graphe x(t)

Comment mesurer graphiquement des vitesses volumiques instantanées ? Avancement X(mol)

Δx

v(t) ≈ 1/V (Δx/Δt)t

t Δt

temps t

Application aux résultats du TP :