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décomposition de l'eau oxygénée

Posté par
sil2b
31-01-10 à 23:38

bonjour, voilà j'aurais besoin d'aide sur cet exo, merci.

L'eau oxygénée ou solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène H2O2 est une espèce oxydante utilisée au laboratoire. Il s'agit aussi d'une espèce chimique utilisée dans la vie courante : décoloration des cheveux, désinfection des plaies.

Sa décomposition qui produit, un dégagement de dioxygène, est accélérée par certains facteurs comme l'exposition à la lumière, l'ion fer (II), l'ion fer (III), le platine...

On se propose d'étudier la cinétique de la réaction de décomposition du peroxyde d'hydrogène réalisée en présence de l'ion fer (II).

L'équation-bilan de cette réaction est :

    2H2O2 = O2+2H2O   réaction (1)

On réalise le protocole expérimental suivant :

On prépare huit béchers contenant chacun Vo = 10,0 mL d'une solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène de concentration [ H2O2 ]0 = 5,8*10-2 mol/L. On les place dans une enceinte thermostatée qui maintient la température à la valeur t1 = 20 ° C.

· A la date to = 0 s, on ajoute dans chaque bécher quelques gouttes d'une solution contenant des ions fer (II). Il se produit alors la réaction (1).

· A la date t, on prend un des huit béchers. On ajoute une grande quantité d'eau glacée dans celui-ci. On acidifie le contenu de ce bécher en ajoutant quelques gouttes d'acide sulfurique concentrée.

· A l'aide d'une solution aqueuse de permanganate de potassium fraîchement préparée, de concentration C = 1,0*10-2 mol/L, on dose le peroxyde d'hydrogène restant dans le bécher. On note V le volume versé de solution aqueuse de permanganate de potassium pour obtenir l'équivalence d'oxydoréduction.

l'équation chimique de la réaction de dosage est :
  
2Mn04-+5H202+6H3+0+ => 2Mn2++502+14H2o (réaction 2)

Données : Couleurs des espèces chimiques

Ion fer (II):Vert

Ion fer (III):Brun clair

Ion manganèse:Incolore

Ion permanganate:Violet

A propos du protocole

1)a) quelle verrerie utilise t'on pour prélever  10,0 mL de solution de peroxyde d'hydrogène? justifier.
b)quel est le rôle de l'ajout d'eau glacée?
c)faire un schéma légendé du montage utilisé pour doser la solution de peroxyde d'hydrogène par la solution de permanganate de potassium.
d) quel changement de teinte observe t'on dans le bécher à l'équivalence?

e)un élève doit préparer 200,0 mL de solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration C = 0,01 mol/L à partir d'une solution (notée S) de permanganate de potassium de concentration Cs=0,1 mol/L. pour réaliser cette opération, il prélève 10,0 mL de solution S contenue dans un verre à pied, à l'aide d'une pipette jaugée. il verse le prélèvement dans un bécher et complète avec de l'eau distillée jusqu'à la graduation 200 mL.

cet élève a commis 2 erreurs, lesquelles? comment les corriger?

Etude de la réaction de décomposition de l'eau oxygénée à la température t1=20°c

2)a) définir la vitesse instantanée volumique de réaction: montrer qu'on peut l'exprimer en fonction de [H202]. comment peut on la déterminer à partir de la courbe [H202]=f(t)?
b) attribuer à chaque date la vitesse instantanée volumique qui lui correspond. justifier
c)déterminer graphiquement le temps de demi-réaction t1, durée nécessaire pour que la moitié du peroxyde d'hydrogène initialement présent ait disparu.

Etude de la réaction de décomposition de l'eau oxygénée à la température de 40°c

on recommence les mêmes expériences que précédemment mais l'enceinte thermostatée est maintenue à la température t2=40°c. on obtient la courbe 2 (voir graphe).

3)a) déterminer graphiquement le nouveau temps de demi-réaction t2. comparer les valeurs de t1 et t2. interpréter.

Expression de la concentration en [H202] restant en fonction du temps

pour tracer les courbes 1 et 2, on a dû calculer la concentration [H202] en peroxyde d'hydrogène restant à chaque instant de date t.

3)b) établir l'expression de la concentration [H202] en peroxyde d'hydrogène restant à une date t en fonction de C (concentration de KMn04), V et Vo.

décomposition de l\'eau oxygénée

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 31-01-10 à 23:39

je posterais les quelques réponses que j'ai pû trouver un peu plus tard. merci

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 11:01

1)a) on utilise une pipette jaugée. après pour la justification je sais pas.
b)je penses que l'eau glacée ralantie la réaction
c)ok
d)à l'équivalence, la teinte dans le bécher passe du violet à l'incolore.
e)je sais pas trop.

est ce que quelqu'un pourrait m'aider. merci

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 11:25

bonjour,
1)a  la pipette jaugée permet une mesure précise du volume prélevé.
b)oui.Elle bloque quasiment la réaction.
d)c'est l'inverse.Tant qu'il y a du H2O2,MnO4- est réduit ,donc décoloré.
A l'équivalence ,la première goutte de MnO4- en excès reste colorée.
Donc ,on repère l'équivalence à la persistance de la coloration violette.
e)on n'utilise pas un bécher pour mesurer un volume ,quand on fait une dilution (manque de précision)
il faut prélever 20mL et non 10.
En effet ,on réalise une dilution de facteur 10 (ou au 1/10).
On prélève donc un volume égal au 1/10 du volume que l'on veut préparer (dans ce cas 200mL)

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 12:58

d'accor merci.

est ce que mon schéma est correcte ou manque t'il des choses ?

décomposition de l\'eau oxygénée

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 14:26

tu peux rajouter les concentrations connues.

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 14:54

d'accord.

2)a vitesse instantanée volumique de réaction (V) en mol/L.temp-1

V= 1/v.dx/dt    v(volume solution utilisée)   x(avancement de la réaction en mol)  

t(le temps).  

si c'est bien çà, comment fait on pour l'exprimer en fonction de [h202]

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 15:34

si n(H2O2)est la qté de matière à l'instant t,et si n(H2O2)i est la qté de matière de H2O2 initiale,on a la relation
n(H2O2)=n(H2O2)i-2x
dn(H2O2)/dt =d[n(H2O2)i-2x]/dt=-2dx/dt puisque n(h2O2)i est une constante.
dx/dt=-1/2dn(H2O2)/dt
V=1/v*dx/dt=(-1/2v )*d(H2O2)/dt=-1/2*d[H2O2]/dt
avec V vitesse volumique en fonction de l'avancement et v le volume de la solution.
d[H2O2]/dt est la vitesse de disparition de H2O2.
la vitesse de disparition de H2O2 à un instant t est le coefficient directeur de la tangente à la courbe à la date t.
graphiquement on peut calculer ce coefficient directeur pour chaque courbe à différents instants

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 16:11

dx/dt=-1/2dn(H2O2)/dt (je n'ai pas compris cette égalité, celle qui aussi donc)

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 16:39

dn(H2O2)/dt =d[n(H2O2)i-2x]/dt=-2dx/dt puisque n(H2O2)i est une constante.(sa dérivée est nulle)
        dn(H2O2)/dt=-2dx/dt
        dx/dt   =-1/2*dn(H2O2)/dt

or V=(1/v)*dx/dt   c'est la formule que tu as écrite
   V=(1/v)*(-1/2*dn(H2O2))
   V=-(1/2v)*dn(H2O2)/dt
cela peut s'écrire
  
   V=-\frac{1}{2}\times \frac{d( \frac{n(H_2O_2)}{v})}{dt}}=-\frac{1}{2}\times \frac{d[H2O2]}{dt}

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 16:42

il manque un dt
lire
V=(1/v)*(-1/2*dn(H2O2)/dt)

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 17:33

d'accord mais pour trouver -1/2*d[H202]/dt je ne comprend pas très bien l'égalité qui est juste avant

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 20:48

\frac{1}{V}\times \frac{dn(A)}{dt}   peut s'écrire  \frac{\frac{dn(A)}{V}}{dt} soit   \frac{d[A]}{dt},    A représentant H2O2

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 21:24

a ca y est j'ai compris, et pour exprimer [H2O2] en fonction de f(t)?

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 22:01

autre chose, n(H2O2) n'est pas plutot égal à n(H2O2)i-5x ???

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 01-02-10 à 22:07

on dose H2O2 restant .A l'équivalence,
les qtés de matière de H2O2 restant et de MnO4- versé sont dans les proportions des coefficients stoechiométriques
n(H2O2)/n(MnO4-)=5/2
à un instant t
[H2O2]=5*CV/(2*Vo)

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 10:42

2)b) j'ai pas compris le sens de la question. je vois pas trop ce qu'il nous demande de faire

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 11:36

tu traces les  tangentes à la courbe aux points d'abscisses 12min et 20min


La plus grande vitesse de réaction correspond à la plus grande pente.(plus la pente est forte,plus la vitesse de disparition de H2O2 est grande donc plus la vitesse volumique est grande)
Néanmoins ,à titre d'entraînement il peut être utile de faire le calcul.
tu calcules la pente de ces tangentes.
par définition,c'est la vitesse de disparition de H2O2 à la date t=12min ou 20min
La vitesse volumique vaut -1/2 de la vitesse de disparition de H2O2
tu dois trouver une une valeur voisine de 0,8 mmol.L-1.min-1 ou
voisine de 0,55mmol.L-1.min-1
On trouve une valeur voisine de celles indiquées dans l'énoncé ,car le tracé de la tangente n'est pas précis (faible courbure ).


Tu pourras ainsi vérifier que v=-1/2 d[H2O2]/dt pour ces 2 points

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 12:27

pour faire les calculs j'utilise -1/2v*dn(H2O2)/dt ?

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 12:38

la pente est la valeur de d[H2O2]/dt ,puisqu'en ordonnées on a [H2O2].
pour retrouver les valeurs de V (vitesse volumique instantanée)il suffit de multiplier par -1/2 la valeur de la pente

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 13:24

pour t=12 min : j'ai tracé la tangente, elle coupe l'axe des ordonnées à [H2O2]=50 mmol/L donc d'après ce que j'ai compris, je dois faire -1/2*(50/12) mais le résultat est hors sujet.

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 14:07

tu sembles avoir un pb avec le calcul d'une pente
on prend  2 points assez éloignés sur la tangente (cela améliore la précision du calcul),de coordonnées xa,ya et xb yb (s'il s'agissait d'un repère xOy!)
la pente p,vaut:
p=(yb-ya)/(xb-xa)

dans ce cas ,la tangente coupe l'axe des ordonnées au point (0,51) et passe par (20,19)environ
p=(51-19)/(0-20)=-1,6
donc d[H2O2]/dt=-1,6mmol.L-1.min-1
et v=-1/2*(-1,6)=0,8mmol.L-1.min-1

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 02-02-10 à 20:31

ok.

2) c) je trouve t1=16 min

3)a) t2=10 min =>  t2 plus petit que t1.
Effectivement, à 40°c, la réaction est plus rapide qu'à 20°c, donc la durée nécessaire pour atteindre t1/2 est plus courte à 40°c qu'à 20°c.

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 03-02-10 à 20:23

est ce que c'est correcte pour les questions 2)c) et 3)a) ?

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 03-02-10 à 20:40

OK

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 03-02-10 à 20:48

3)b) KMno4 c'est le permanganate de potassium ?

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 03-02-10 à 20:56

Eh,sil2b, tu pousses un peu là!
ouvre ton bouquin ou utilise google

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 04-02-10 à 11:08

3)b) [H2O2]restant = (5CxV)/2Vo ?

Posté par
coriolan
re : décomposition de l'eau oxygénée 04-02-10 à 11:44

OK

Posté par
sil2b
re : décomposition de l'eau oxygénée 04-02-10 à 19:00

merci beaucoup pour ton aide coriolan, c'est très sympa

Posté par
dana94
re : décomposition de l'eau oxygénée 20-10-11 à 14:56

salut a tous j ai le meme exercice mais je bloc a la question 2 )
je comprend pas

pouvez vous m aider svp ?

merci d avance

Posté par
dana94
re : décomposition de l'eau oxygénée 22-10-11 à 19:47

quelqu un peut m aider stv



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