Suivi temporel d’une transformation chimique par spectrophotométrie

1. mL 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 5,0 mL d’eau oxygénée à 1,0.10-2 mol.L-1 mL 100 90 80 70 60 50 40 mL 30 100 90 80 70 60 20 50 40 30 20 10 10 Volume = 45 mL La transformation débute à t=0 20,0 mL de solution d’iodure de potassium à 7,0.10-2 mol.L-1 et 20,0 mL de solution d’acide sulfurique à 1 mol.L-1 Suivi temporel d’une transformation chimique par spectrophotométrie On a mélangé 20,0 mL d’une solution contenant les ions iodure à la concentration 7,0.10-2 mol.L-1 , 20,0 mL d’une solution d’acide sulfurique à 1 mol.L-1 et 5,0 mL d’une solution d’eau oxygénée à 1,0.10-2 mol.L-1

2. L’évolution de la coloration de la solution… mL mL 100 100 90 90 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 t2 t2 30 30 20 20 10 10 t4 t4 t3 t3 t1=0 t1=0 La transformation chimique commence à la date t = 0 • Le schéma ci-dessus représente-t-il 4 bechers ou le même becher à des dates différentes ? • Quelle est l’espèce chimique responsable de la couleur de la solution ? • La quantité de diiode formé augmente-t-elle au cours du temps ? • La concentration de diiode augmente-t-elle au cours du temps ? • L’absorbance A d’un échantillon de cette solution dépend-il du volume de cet échantillon ? A augmente-t-elle au cours du temps ? Comment le montrer expérimentalement ?

3. A A A A A mL mL 100 100 90 90 80 80 t en s 70 70 t en s t en s 60 60 t en s t en s 50 50 40 40 t2 t2 30 30 t4 t4 20 20 t1=0 t2 t3 t3 t2 10 10 t4 t4 t3 t3 t1=0 t1=0 L’évolution de l’absorbance A au cours du temps…. On prélève un échantillon de solution dans la solution colorée de volume V=45 mL. Cet échantillon est introduit dans une cuve du colorimétre et on mesure, à la longueur d’onde l = 470 nm, son absorbance A à différentes dates.

4. t1 = 0 A1 = 0 t2 = 100s A2 = 0,31 t3 = 250s A3 = 0,48 t4 = 700s A4 = 0,70 mL 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 Conclusions : évolution de l’absorbance de la solution de diode contenue dans le becher de volume 45 mL

5. A C en 10-3 mol.L-1 La relation entre l’absorbance et la concentration d’une espèce colorée • Lors du TP N°1 nous avons établi la relation entre l’absorbance A d’une solution de diiode et sa concentration c (pour une épaisseur l de solution traversée par la lumière de longueur d’onde 470 nm). Comment avons-nous procédé ? • Nous avons obtenu la représentation graphique suivante : Quelle est la relation numérique entre A et c ?

6. Conclusions : évolution de la concentration c en diiode de la solution t1 = 0 A1 = 0 t2 = 100s A2 = 0,31 t3 = 250s A3 = 0,48 t4 = 700s A4 = 0,70 mL mL 100 100 90 90 t1 = 0 A1 = 0 c1 = 0 t2 = 100s A2 = 0,31 c2 = 4,4.10-4 mol.L-1 t3 = 250s A3 = 0,48 c3 = 6,9.10-4 mol.L-1 t4 = 700s A4 = 0,70 c4 = 1,0.10-3 mol.L-1 80 80 70 70 60 60 50 50 40 40 30 30 20 20 10 10 A = k.c donc c = A / k et donc c2 = A2 / k = 0,31 / 700 = 4,4.10-4 mol.L-1 On en déduit la concentration en diode au cours du temps :

7. t1 = 0 A1 = 0 c1 = 0 n1 (I2) = 0 t2 = 100s A2 = 0,31 c2 = 4,4.10-4 mol.L-1 n2 (I2) = 2,0.10-5 mol t3 = 250s A3 = 0,48 c3 = 6,9.10-4 mol.L-1 n2 (I2) = 3,1.10-5 mol t4 = 700s A4 = 0,70 c4 = 1,0.10-3 mol.L-1 n2 (I2) = 4,5.10-5 mol mL 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 t3 Evolution de la quantité de diiode formée au cours du temps Le volume V du becher est toujours égal à 45 mL. A la date t3, la concentration en diiode est c3 = 6,9.10-4 mol.L-1. On en déduit la quantité n3 de diiode présente à la date t3 : n3 = c3.V = 6,9.10-4 mol.L-1 x 45.10-3 = 3,1.10-5 mol

8. n en mol Connaissant l’absorbance à différentes dates, on peut donc tracer la courbe suivante : mL 100 90 80 70 60 t en s 50 40 30 20 10

9. L’avancement de la transformation à la date t est égal à la quantité de diiode formée à cette date L’équation chimique qui modélise la transformation étudiée est : H2O2 (aq) + 2 I- (aq) + 2 H+ (aq)  I2 (aq) + 2 H2O (l) Compléter le tableau d’avancement : Identifier dans l’équation, les deux couples d’oxydoréduction mis en jeu. Pourquoi peut-on dire que l’avancement de la réaction à la date t est égal à la quantité de diiode formée à cette date ? Rappel : On a mélangé 20,0 mL d’une solution contenant les ions iodure à la concentration 7,0.10-2 mol.L-1 , 20,0 mL d’une solution d’acide sulfurique à 1 mol.L-1 et 5,0 mL d’une solution d’eau oxygénée à 1,0.10-2 mol.L-1

10. Quant t tend vers l’infini… • Rappel : le tableau d’avancement Calculer l’avancement maximal (ou, ici, avancement final) En déduire l’absorbance quand t tend vers l’infini

11. Evolution de l’avancement de la réaction en fonction du temps • Le tableau d’évolution de la transformation étudiée montre que l’avancement x à un instant t est égal à la quantité de diiode formé à cet instant : x = n(I2). • Le graphique représentant l’évolution de l’avancement x en fonction du temps est rappelé ici : • Compléter : Le temps de demi-réaction est la durée nécessaire pour que l’avancement soit parvenu à la moitié de sa valeur finale. Déterminer le temps de demi-réaction dans les conditions de l’expérience.

12. x en mol t en s