chimie : loi de Beer-Lambert, exercice de Chimie

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chimie : loi de Beer-Lambert
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carlo324  03-11-19 à 16:35
Bonjour, je bloque au niveau d'un exercice de chimie.

On étudie cette réaction : H2O2 + 3I- + 2H+ = 2 H2O + I3-.
On veut l'étudier par spectrophotométrie, et si la concentration en H+ varie peu, la réaction admet une loi de vitesse de la forme v = k * [I-]^alpha * [H2O2]^bêta.

On mélange 20 mL de iodure de potassium (c = 0,5 mol/L) avec 2 mL d'eau oxygénée (c = 4,0 * 10^-2 mol/L). On complète pour arriver jusqu'à 50 mL par de l'acide sulfurique (10^-2 mol/L).

1) Faire un tableau d'avancement. Vérifier que I- est en excès par rapport à H2O2. Écrire la loi cinétique en faisant apparaître une constante de vitesse apparente k(app). Déterminer l'état final du système (réaction quantitative).

2) En supposant que l'ordre partiel par rapport ) H2O2 vaut 1, déterminer l'évolution de l'avancement x de la réaction. Ensuite, déterminer l'évolution de la concentration en I3- dans la solution. Tracer l'allure de [I3-](t).

On suppose que la loi de Beer-Lambert est vérifiée pour I3-.
3) Déterminer l'équation différentielle vérifiée par l'absorbance A(t) ainsi que son expression. On notera A' l'absorbance en fin de réaction, donner son expression. Que vaut A(0) normalement?

4) L'étudiant n'a pas manipulé assez rapidement et a déclenché l'acquisition tardivement. Est-ce problématique? Dans ce cas, est-ce que A(0) est nul? Sinon, on notera A0 la valeur initiale de l'absorbance. Déterminer alors l'expression de l'absorbance A(t) et montrer que ln (A'-A(t) / A'-A0) = -k(app) * t.

5) Quelle courbe tracer à partir des données expérimentales pour vérifier que la réaction est bien d'ordre 1? Déterminer le lien entre k(app) et le temps de demi-réaction.

6) Proposer un protocole expérimental simple pour déterminer alpha, l'ordre partiel par rapport aux ions iodure.

J'ai tout fait à la question 1, mais je suis déjà bloqué à la question 2. Merci aux personnes qui me viendront en aide.
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gbm re : chimie  03-11-19 à 17:01
Bonjour, 

Pour pouvoir commencer un échange il faut que tu postes tes pistes de résolution détaillées :

extrait de  la FAQ du forum :Q01 - Que dois-je faire avant de poster une question ?
Plusieurs choses sont à faire avant d'envisager de poser une question sur le forum.

Tout d'abord, réellement chercher à résoudre seul votre problème. En effet, le but du forum n'est pas de faire les exercices à votre place. 

 Cherchez également si votre question n'a pas déjà été posée sur le forum. Pour cela vous pouvez utiliser le  moteur de recherche (en panne pour le moment) ou le net en tapant quelques mots clés, par exemple, le début de votre énoncé.

 Vous pouvez aussi parcourir le forum en choisissant une classe spécifique (de la sixième au supérieur) dans la  page de choix du forum. Vous trouverez certainement un exercice déjà posté et corrigé qui ressemblera fortement au vôtre.  

Enfin, vous pouvez également consulter les  fiches du site se rapportant à votre chapitre. Parfois une simple relecture de celles-ci vous permettra de vous rappeler d'une définition, d'une propriété, d'une condition d'application d'une loi (données, hypothèses, ...), d'une méthode oubliée, etc.

Somme toute, n'envoyez pas le sujet d'un exercice sans montrer que vous y avez travaillé sérieusement.
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carlo324re : chimie  03-11-19 à 17:08
Justement je n'arrive pas à démarrer. Je voulais utiliser l'absorbance, mais en fait on n'est pas censés savoir que la loi de Beer-Lambert est respectée avant la question 3.. .
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carlo324re : chimie  03-11-19 à 17:35
Quelqu'un?
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vanoisere : chimie  03-11-19 à 17:56
Bonjour

Commence déjà par remplir un tableau d'avancement que tu peux poster ici.

Ensuite, on peut remarquer que la concentration initiale est ions iodure est très largement supérieure à celle en H202. Cela permet de considérer qu'à chaque instant :

Remplir le tableau d'avancement permet de déterminer la concentration initiale en ions iodure...

Je te laisse réfléchir à tout cela et proposer une solution.
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carlo324re : chimie  03-11-19 à 18:12
En effet, j'ai déjà trouvé ceci, j'aurais dû le noter j'ai zappé.

Grâce au tableau d'avancement j'ai une concentration initiale de 0,5 mol/L d'iodure, de 4,0 * 10^-2 mol/L d'eau oxygénée.

De ce fait, k(app) vaut k * 0,5^alpha.

Le reste de la question 1 je l'ai fait.

Maintenant à la question 2, puisqu'on suppose que l'ordre partiel de l'eau oxygénée vaut 1, on obtient v = k(app) * [H2O2] = 0,5^alpha * [H2O2] avec [H2O2](t) = 4,0 * 10^-2 - x (avec x l'avancement) d'après mon tableau d'avancement. Maintenant, je ne comprends pas comment déterminer l'évolution de l'avancement x de la réaction.. .
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carlo324re : chimie  03-11-19 à 18:41
Up.
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vanoisere : chimie  03-11-19 à 18:47
Tu ne tiens pas compte de la dilution dans tes calculs de concentrations initiales : le volume total vaut 50mL.

v s'exprime simplement en fonction de la dérivée de la concentration par rapport au temps. [H2O2] est solution d'une équation différentielle du premier ordre.
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carlo324re : chimie : loi de Beer-Lambert  03-11-19 à 19:00
En effet, tu as raison.

Donc en fait les bonnes concentrations sont 0,2 mol/L (iodure) et 1,6 mmol/L (eau oxygénée), est-ce bien cela?

Sinon du coup, v = - d[H2O2]/dt = k(app) * [H2O2] est-ce bien cela? D'où le fait que [H2O2] vérifie l'équation différentielle y' + k(app) * y = 0. Est-ce bien cela?

Les solutions de cette équation sont sous la forme Ae^-k(app)x avec A réel, si je ne me trompe pas.

En quoi cela m'aide pour l'avancement x de la réaction?
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vanoisere : chimie : loi de Beer-Lambert  03-11-19 à 19:09
Une seule erreur (ou étourderie d'écriture) : y' désigne la dérivée de la concentration par rapport au temps t. La solution fait donc intervenir exp(-kap.t) .
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carlo324re : chimie : loi de Beer-Lambert  03-11-19 à 19:49
En effet, autant pour moi.

Mais que me dit ce résultat sur l'avancement? Je ne vois pas le lien?

Désolé.
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carlo324re : chimie : loi de Beer-Lambert  03-11-19 à 20:02
up
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vanoisere : chimie : loi de Beer-Lambert  03-11-19 à 23:23
Le tableau d'avancement est là pour récapituler les valeurs des concentrations à l'état initial et à l'état final, c'est à dire lorsque la réaction considérée comme totale est terminée.  On y voit bien que la concentration finale en H2O2 est nulle.