TP 5: FACTEURS CINETIQUES ET CATALYSE

I- REACTIONS LENTES, REACTIONS RAPIDES 1) L’ion permanganate est le réactif limitant. A l’état final, il a entièrement disparu. Or il donne aux solutions une coloration violette. La réaction (1) est achevée lorsque la solution passe du violet au jaune pale (couleur des ions Fe3+ formés) La réaction (2) est achevée lorsque la solution passe du violet à l’incolore. I-

2) La réaction (1) est rapide : on ne détecte pas à l’œil nu son évolution La réaction (2) est lente : il faut environ 1 min pour observer la décoloration totale du mélange réactionnel.

II- LES CATALYSEURS Décomposition de l’eau oxygénée Lorsque l’eau oxygénée se décompose il se forme du dioxygène gazeux donc formation de bulles de gaz dans la solution Parmi les espèces testées, le platine, les ions fer III, le navet et la viande sont des catalyseurs de cette réaction.

c) Catalyse homogène: les ions fer III catalyse hétérogène: le platine catalyse enzymatique: viande et navet d) Sur le disque de platine, il y a beaucoup plus de surface de contact entre le réactif et le catalyseur: la réaction se fait mieux.

b. Cette réaction se produit lorsqu’on détecte un dégagement gazeux c. En présence de chlorure de cobalt, la solution prend une coloration rose. Plongé dans un bain marie à 70°C, on observe un intense dégagement gazeux , la solution vire du rose au vert puis quand la réaction s’achève elle redevient rose. En absence de cobalt, la réaction se fait mais plus lentement d. Le catalyseur s’est régénéré.

IV- théorie partie 1: REACTIONS LENTES, REACTIONS RAPIDES MnO4- +8H+ +5e- =Mn2+ + 4H2O Fe3+ + e- = Fe2+ 2CO2 + 2H+ + 2e- = H2C2O4 2. MnO4- +8H+ +5e- =Mn2+ + 4H2O (Fe2+ = Fe3+ + e- ) x5 MnO4- + 5 Fe2+ 8H+ = Mn2+ + 4H2O + 5 Fe3+ (MnO4- +8H+ +5e- =Mn2+ + 4H2O) x2 (H2C2O4 = 2CO2 + 2H+ + 2e- ) x5 2MnO4- + 6H+ + 5H2C2O4 = 2Mn2+ + 8H2O+10CO2

3. n(MnO4-)i = CV = 1,0.10-4 x 20.10-3 = 2,0.10-6 mol n(Fe2+)i = CV = 1,0.10-2 x 20.10-3 = 2,0.10-4 mol 4. Recherche du réactif limitant: Si MnO4- est limitant, alors: n(MnO4-)i – xmax = 0 donc xmax = 2,0.10-6 mol Si Fe2+ est limitant alors: n(Fe2+ )i - 5xmax= 0 donc xmax = 4,0.10-5mol MnO4- est bien le réactif limitant et xmax = 2,0.10-6 mol

MnO4-(aq) + 5 Fe2+(aq) + 8 H+(aq)  Mn2+(aq) + 4 H2O(l) + 5 Fe3+(aq) Qdm EI n(MnO4-)i n(Fe2+)i excès solvant qdm En cours n(MnO4-)i – x n(Fe2+)i – 5x x 5 x qdm EF n(MnO4-)i – xmax n(Fe2+)i - 5xmax xmax 5 xmax

5. n(MnO4-)i = CV = 1,0.10-4 x 20.10-3 = 2,0.10-6 mol n(H2C2O4)i = CV = 5,0.10-1 x 20.10-3 = 1,0.10-2 mol Recherche du réactif limitant: Si MnO4- est limitant, alors: n(MnO4-)i – 2xmax = 0 donc xmax = 1,0.10-6 mol Si H2C2O4 est limitant alors: n(H2C2O4)i - 5xmax=0 donc xmax = 2,0.10-3mol MnO4- est bien le réactif limitant et xmax = 1,0.10-6 mol

Action du permanganate sur l’acide oxalique: 2 MnO4-(aq) + 5 H2C2O4(aq) + 6 H+(aq)  2 Mn2+(aq) + 8 H2O(l) + 10 CO2(g) Qdm EI n(MnO4-)i n(H2C2O4)i excès solvant qdm En cours n(MnO4-)i – 2x n(H2C2O4)i – 5x 2x 10x qdm EF n(MnO4-)i – 2xmax n(H2C2O4)i - 5xmax 2xmax 10xmax

Partie2: les catalyseurs- Action des ions tartrate sur l’eau oxygénée H2O2(aq) / H2O(l): H2O2(aq) + 2 H+(aq) +2e- =2H2O(l) (x5) CO2(g)/C4H4O62-(aq): C4H4O62-(aq) + 2H2O(l) = 4CO2(g)+ 8H+(aq) +10 e- 5H2O2(aq)+2 H+(aq)+C4H4O62-(aq) → 8H2O(l)+ 4CO2(g)

Partie III- Facteurs cinétiques S2O32-(aq) + 2 H+(aq)  S(s) + SO2(aq) + H2O(l) Qdm EI n(S2O32-)i n(H+)i solvant qdm en cours n(S2O32-)i - x n(H+)i-2x x qdm EF n(S2O32-)i - xmax n(H+)i-2xmax xmax

Qdm initiale d’ion H+: n(H+)i = CV = 1,0.10-1 x 20.10-3 =2,0.10-3 mol Qdm initiale de S2O32-: n(S2O32-)i = C1V = 0,5.10-1 x20.10-3 =1.10-3 mol Réactif limitant: n(S2O32-)i - xmax = 0 donc xmax = 1.10-3 mol Ou n(H+)i -2 xmax = 0 donc xmax = 1,0.10-3 mol Les 2 réactifs sont épuisés à l’état final et xmax = 1,0.10-3 mol

Avec la 2ème solution d’ions thiosulfate: Qdm initiale de S2O32-: n(S2O32-)i = C2V = 1,0.10-1 x20.10-3 =2,0.10-3 mol La qdm d’ion H+ est inchangée: 2,0.10-3 mol Réactif limitant: n(S2O32-)i - xmax = 0 donc xmax = 2,0.10-3 mol Ou n(H+)i -2 xmax = 0 donc xmax = 1,0.10-3 mol H+ est épuisé à l’état final et xmax = 1,0.10-3 mol

Avec la 3ème solution d’ions thiosulfate: Qdm initiale de S2O32-: n(S2O32-)i = C3V = 5,0.10-1 x20.10-3 =1,0.10-2 mol La qdm d’ion H+ est inchangée: 2,0.10-3 mol Réactif limitant: n(S2O32-)i - xmax = 0 donc xmax = 1,0.10-2 mol Ou n(H+)i -2 xmax = 0 donc xmax = 1,0.10-3 mol H+ est épuisé à l’état final et xmax = 1,0.10-3 mol

Dans les trois mélanges, on atteint le même xmax donc l’état final est le même: même qdm de soufre et de dixoyde de soufre formés dans les trois mélanges. Il se forme donc une quantité de soufre à l’état final égale à xmax = 1,0.10-3 mol donc une masse: m(S) = n(S) x M(S) = 1,0.10-3 x 32,1 = 32,1mg La seule différence est la présence d’un excès à l’état final d’ions thiosulfate dans les mélanges 2 et 3