Ch 5 Changement de couleur et réaction chimique

Objectifs:

Etude de l’évolution d’un système chimique

Introduction de l’avancement d’une réaction

Mesure d’une concentration grâce à la loi de Beer-lambert

Ch 5 Changement de couleur et réaction chimique

1. Évolution d’un système chimique

2. Détermination de la concentration d’une espèce colorée

1. Évolution d’un système chimique 1.1. Mise en évidence de l’évolution d’un système

chimique. (Faire TP partie A p 80)

Question 1: Pourquoi peut-on affirmer qu’une réaction chimique a lieu?

La solution passe du jaune brun à l’incolore. Les molécules de diiode I2, jaunes en solution aqueuse, sont donc consommées lors de réaction chimique suivante:

Les facteurs 1, 2, 2 et 1 sont appelés nombres stoechiométriques.

264)(

2322 )()()(

1221aqaqaq

OSIOSI aq

Question 2: Pour chacune des expériences, quelle est la couleur de la solution finale?

La solution finale est incolore pour l’expérience 2 et jaune pâle pour l’expérience 3.

Question 3: Quelle conclusion peut-on en tirer?

Les molécules de diiode sont donc toutes consommées lors de l’expérience 2 et en partie consommées lors de l’expérience 3.

1.2 Notion d’avancement d’une réaction. TP partie B

Question 4: Pour 1 mmol de I2 consommée, quelle quantité d’ions S2O3

2- aura réagi? Quelles seront alors les quantités d’ions I- et S4O6

2- formées?

D’après l’équation bilan de la réaction, pour 1 mmol de diiode consommée il y aura une quantité de 2 mmol de thiosulfate qui aura réagi. Les quantités formées seront donc de 2 mmol d’ion iodure et d’1 mmol d’ion tétrathionate.

264)(

2322 )(

....)(

....)(

.aqaqaq

OSIOSI aq1 2 12

Question 5: Pour x mmol de I2 consommée, quelle quantité d’ions S2O3

2- aura réagi et quelle quantité d’ions I- et S4O6

2- auront été formées? D’après l’équation bilan de la réaction, pour x mmol de

diiode consommée il y aura une quantité de 2x mmol de thiosulfate qui aura réagi. Les quantités formées seront donc de 2x mmol d’ion iodure et de x mmol d’ion tétrathionate. x est appelée l’avancement de la réaction.

Pour décrire l’évolution d’un système chimique, on dresse un tableau d’avancement.

Questions 6 et 7: Reproduire le tableau et, pour l’expérience n°2, le compléter avec les expressions littérales ainsi que les valeurs des quantités initiales des réactifs et des produits.

264)(

2322 )()()(

1221aqaqaq

OSIOSI aq

Equation chimique

Etat du système

Avancement (mmol)

Etat initial

Etat intermédiaire

Etat final

)(

2

mmol

In

x

xVC

10,011

max2x

40,022

VC

x

xVC

240,0

222

)(

232

mmol

OSn

x2

)(mmol

In

maxxmax

max22

240,0

2

x

xVC

0 0

)(

264

mmol

OSn

10,011

VC

x

max

max11

10,0 x

xVC

maxx

x

0x

Question 8: D’après la couleur finale du mélange réactionnel, quel réactif a été totalement consommé en fin de réaction? Que peut-on alors en conclure sur la valeur de la quantité finale de ce réactif?

La solution finale étant incolore, c’est le diiode qui a été totalement consommé. La quantité finale de diiode est donc nulle (Réactif limitant).

Question 9: En déduire la valeur de l’avancement maximal xmax.

D’après la dernière ligne du tableau d’avancement, C1V1-xmax =0

Donc xmax = C1V1 =0,10 mmol

Question 10: Calculer les quantités finales des réactifs et des produits lorsque la réaction est terminée.

Les quantités finales sont, d’après la dernière ligne du tableau d’avancement:

mmolfinalIn 0

2

mmolOS

xVCnfinal

20,02 max22232

mmolfinalI

xn 20,02 max

mmolfinalOS

xn 10,0max264

Question 11: reprendre cette étude pour l’expérience n°3

Questions 6 et 7: Reproduire le tableau et, pour l’expérience n°3, le compléter avec les expressions littérales et les valeurs des quantités initiales des réactifs et des produits.

264)(

2322 )()()(

1221aqaqaq

OSIOSI aq

Equation chimique

Etat du système

Avancement (mmol)

Etat initial

Etat intermédiaire

Etat final

)(

2

mmol

In

C1 V1' x

0,25 x

max2x

C2 V20,40

x

xVC

240,0

222

)(

232

mmol

OSn

x2

)(mmol

In

maxxmax

max22

240,0

2

x

xVC

0 0

)(

264

mmol

OSn

C1 V1'

0,25

x

C1V1' xmax

0,25 xmaxmaxx

x

0x

Question 8: D’après la couleur finale du mélange réactionnel, quel réactif a été totalement consommé en fin de réaction? Que peut-on alors en conclure sur la valeur de la quantité finale de ce réactif?

La solution finale étant jaune claire, cela veut dire qu’il reste du diiode en moindre quantité et que c’est le thiosulfate qui a été totalement consommé. La quantité finale du thiosulfate est donc nulle (Réactif limitant).

Question 9: En déduire la valeur de l’avancement maximal xmax.

D’après la dernière ligne du tableau d’avancement, C2V2-2xmax =0

Donc xmax = C2V2/2 =0,20 mmol

Question 10: Calculer les quantités finales des réactifs et des produits lorsque la réaction est terminée.

Les quantités finales sont, d’après la dernière ligne du tableau d’avancement:

nI 2 final C1V1' xmax 0,05mmol

nS2O3

2final

0mmol

nI final

2xmax 0,40mmol

nS4O6

2final

xmax 0,20mmol

1.2. Synthèse de la mise en évidence de l’évolution d’un système chimique

Comment définir un réactif limitant? Dans une réaction chimique, le réactif limitant est le

réactif qui est totalement consommé. Les réactifs peuvent-ils être tous, en même temps,

limitants? Oui, si ils réagissent dans les mêmes proportions. On

parle de proportion stoechiométrique.

Pourquoi utiliser l’avancement x d’une réaction? L’avancement x d’une réaction est une grandeur

exprimée en mole, qui permet de décrire l’évolution d’un système chimique.

Comment déterminer l’avancement maximal xmax d’une transformation pour un système chimique donné ?

Les quantités de matière des réactifs doivent toujours être supérieures ou égales à zéro.

Donc en regardant la ligne de l’état intermédiaire du tableau d’avancement on peut écrire:

ou

C2V2 2x0

C1V1 x0

xC2V22

xC1V1

Il faut donc ensuite calculer les termes et réduire le

système à une seule inéquation.

Dans l’expérience n°2, C1V1est plus petit que C2V2/2 donc le système se réduit à:

L’avancement maximal est donc égale à ce plus petit terme.

Dans l’expérience n°2: xmax = C1V1

x C1V1

1.3. Représentation graphique de l’évolution du système chimique

On peut illustrer l’évolution du système chimique par

un graphique qui représente les variations des quantités des réactifs en fonction du temps. (Voir doc 4 et doc 6 p 83)

Faire exercices n°1, 6, 9, 11, 16, 17 p 87

2. Détermination de la concentration d’une espèce colorée

Réalisation du TP: « Dosage d’une espèce colorée en solution »

Résultats du TP:

Il est possible d’évaluer la concentration d’une espèce chimique à l’aide d’une échelle de teinte ou en utilisant la loi de Beer-Lambert.

La loi de Beer-Lambert dit que l’absorbance A d’une espèce en solution diluée est proportionnelle à sa concentration molaire c.

A = εxlxc

l la largeur de la cuve en cm et

ε étant le coefficient d’extension molaire en

unité?

L.mol-1.cm-1

Exercice n° 2, 18, 19 p 87