I.E. 2
Chimie
Cinétique Chimique
CORRECTION DE L’INTERROGATION ECRITE
Dismutation de l’ion thiosulfate On verse un volume v1 = 10 mL d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration -1 molaire c1 = 5,0 mol.L dans un volume v2 = 40 mL d’une solution de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration molaire c2 = 0.5 -1 mol.L . Le mélange se trouble progressivement par formation de soufre solide.
1° Ecrire les demi-équations électroniques, puis la réaction de dismutation de l’ion thiosulfate en milieu acide. (2 pts) Couples concernés : S2O3 / S
2-
-
SO2 / S2O3
2-
S2O3 S2O3
2(aq)
+6H
+ (aq)
+ 4 e = 2 S + 3 H2O
+ (aq)
-
2(aq)
+ H2O = 2 SO2 + 2 H
+4e
-
S2O32-(aq) + 2 H3O+(aq) = SO2 (g) + 3 H2O + S (s)
(plus petits coefficients stoechiométriques entiers possibles)
On suit la réaction en déterminant par une méthode appropriée la concentration des ions thiosulfate (courbe ci-dessus).
2° Calculer la concentration initiale des ions thiosulfate et des ions oxonium dans la solution. (3 pts)
[S2O32-]sol = Error! = Error! [S2O32-]sol = 0.4 mol.L-1 = 4.10-1 mol.L-1
(Penser à la notation scientifique)
[H3O+]sol = Error! = Error! [H3O+]sol = 1 mol.L-1
3° Dresser le tableau d’avancement en concentrations : (2 pts)
*
t0 (mol.L-1) t (mol.L ) tf (mol.L-1)
-1
S2O32-(aq) 4.10-1 4.10-1 – x/VTOT
+
2 H3 O
+ (aq)
=
SO2
+
3 H2O
+
S
1 1 - 2 x/VTOT
0 x/VTOT
3 x/VTOT
0 x/VTOT xmax/VTOT
4.10 – xmax/VTOT
-1
1 - 2 xmax/VTOT xmax/VTOT 3 xmax/VTOT
4° Quel est le réactif limitant ? En déduire l’avancement maximal si la réaction est totale... (2 pts)
D’après l’équation bilan de la réaction, pour 1 mole d’ions thiosulfate, il faut 2 moles d’ions oxonium. Or, n(S2O32-)=2.10-2 mol et n(H3O+)=5.10-2 mol. Pour 2.10-2 mol d’ions thiosulfate, il faudrait donc 4.10-2 mol d’ions oxonium… Or, nous en avons 5.10-2 mol… L’ion oxonium est le réactif en excès ; l’ion thiosulfate est le réactif limitant. D’après le tableau d’avancement, par rapport au réactif limitant : 4.10-1 – xmax/VTOT = 0 xmax = 4.10-1 x VTOT = 4.10-1 x 50.10-3 = 0.02 mol
3° Dresser le tableau d’avancement en concentrations : (2 pts)
5° 6° Déterminer la vitesse instantanée de la réaction à l’instant t = 60 s : (7 pts) v = Error!.Error! La courbe fournie nous donne [S2O3 ] en fonction du temps. 2Exprimons donc la vitesse en fonction de [S2O3 ]. D’après le tableau d’avancement ci-dessus, à l’instant t :
2-
[S2O32-] = 4.10-1 – Error! = [S2O32-]0 – Error! Donc Error! = [S2O32-]0 – [S2O32-] 2Ainsi, v = - Error!. VTOT . Error! (car [S2O3 ]0.VTOT est constante donc sa dérivée est nulle) On peut écrire : v = - Error!
La vitesse à l’instant t=60 s correspond donc à l’opposée du coefficient directeur « a » de la tangente à la courbe. Prenons 2 points de la tangente : A(0 ; 0.3) et B(135 ; 0) -1 -1 5°a = Error! = -0.002 mol.L .s . Et donc : v(t=60) = -a = 0.002 mol.L .s = 2.10 mol.L .s .
-1 -1 -3 -1 -1
7° Déterminer le temps de demi-réaction : (2 pts)
Le temps de demi-réaction, t1/2, correspond à la durée nécessaire pour que l’avancement soit égal à la moitié de l’avancement maximal. Lorsque la réaction a « avancé » de moitié, [S2O32-] = ½ [S2O32-]0 = ½ x 4.10-1 = 2.10-1 mol.L-1 Graphiquement, on remarque que pour [S2O32-] = 2.10-1 mol.L-1, alors, t=t1/2= 45 s !
8° Comment évolue la vitesse de la réaction au cours du temps ? (2 pts)
La vitesse d’une réaction chimique diminue forcément au cours du temps (car au fur et à mesure que la réaction avance, la concentration en réactifs diminue… et comme chacun sait, la concentration est bien un facteur cinétique… cqfd…)