Le peroxyde d'hydrogène H2O2 peut réagir avec les ions tartrate C4H4O6 2-
selon la réaction, considérée comme totale, d'équation :
5 𝐻2𝑂2(𝑎𝑞)+ 𝐶4𝐻4𝑂6 2−(𝑎𝑞)+ 2 𝐻3𝑂+(𝑎𝑞) → 4 𝐶𝑂2(𝑔)+ 10 𝐻2𝑂 (𝑙)
Cet exercice est consacré à l'étude de la cinétique de cette transformation dans une enceinte fermée (où la température est maintenue constante) afin de proposer un mécanisme à l'échelle microscopique qui modélise la transformation observée.
Données :
En solution aqueuses, les ions Co2+ (aq) sont roses et les ions Co3+ (aq) sont verts ;
Couples Ox/Red : H2O2/H2O ; CO2/C4H4O6 2-; Co3+/Co2+
;
La variation de pression au cours de cette transformation est proportionnelle à la quantité de gaz produit.
1. Une transformation lente.
Pour réaliser cette transformation, on mélange de l'eau oxygénée (solution aqueuse de peroxyde d'hydrogène), une solution aqueuse de tartrate de potassium, quelques gouttes d'acide sulfurique concentré et quelques gouttes d'une solution contenant des ions cobalt II Co2+ (aq). On mesure, à l'aide d'un manomètre relié à un système automatisé, l'évolution au
cours du temps de la pression dans l'enceinte fermée, on obtient la courbe suivante.
1.1. À partir des couples donnés, retrouver l'équation de la réaction étudiée ET expliquer la nécessité de rajouter de l'acide sulfurique pour que la réaction ait lieu.
1.2. On note 𝑝𝑚𝑎𝑥 la pression mesurée à l'état final. Justifier que la pression 𝑝 𝑡 mesurée peut être reliée à l'avancement de la réaction 𝑥 𝑡 par la relation suivante :
𝑥 (t)= 𝑥𝑚𝑎𝑥· (𝑝 𝑡 − 𝑝(0)/𝑝𝑚𝑎𝑥 − 𝑝(0))
1.3. Déduire de la courbe la valeur du temps de demi-réaction noté t1/2. Justifier.
1.4 On peut définir la vitesse d'apparition du dioxyde de carbone (espèce qui n'est pas en solution aqueuse), exprimée en mol·s-1
, par la relation :
𝑣𝐶𝑂2 =𝑑𝑛𝐶𝑂2/𝑑𝑡= 𝐾 ·𝑑𝑝/𝑑t
Décrire qualitativement (pas de valeurs numériques) à partir de la courbe comment évolue
la vitesse d'apparition du dioxyde de carbone au cours du temps, en précisant
particulièrement les instants où sa valeur est minimale ou maximale.
2. Facteurs cinétiques.
2.1. Citer un facteur cinétique qui pourrait permettre de diminuer le temps de demiréaction mesuré précédemment.
2.2. Justifier l'évolution de la vitesse d'apparition du dioxyde de carbone à partir de la date t= 40 s à l'aide du facteur cinétique « concentration des réactifs ».
3. Mécanisme de la réaction.
Au cours de la transformation, en plus de la variation de la pression mesurée dans la partie 1, on observe deux changements de couleur successifs : le mélange réactionnel passe du rose au vert assez rapidement puis redevient rose assez lentement.
3.1. Parmi les propositions suivantes, citer, en justifiant, celle qui vous paraît convenir :
Proposition 1 : L'ion Co2+ est un réactif de la réaction étudiée ;
Proposition 2 : L'ion Co3+ est un catalyseur de la réaction étudiée ;
Proposition 3 : L'ion Co2+ est un catalyseur de la réaction étudiée ;
Proposition 4 : La réaction étudiée accélère car la température augmente.
3.2. Proposer l'écriture de deux équations de réactions d'oxydoréductions se succédant qui permettraient de modéliser à l'échelle microscopique la transformation observée.
Toute démarche et prise d'initiative seront mises en valeurs. Elles doivent donc être clairement explicitées, même si le problème n'est pas entièrement résolu.
Cette exercice est a faire pour un dm et je ne ne suis pas vraiment forte en chimie tout aide de votre part me serais grandement utile. Je ne veux pas les réponses mais des pistes pour réussir et surtout comprendre se dm.
Merci
1;1)
5 H2O2 (aq) + 10 H3O + (aq) + 10 Co 2 + (aq) = 20 H2O (L) + 10 Co 3 + (aq)
C4H4O6 2 - (aq) + 10 Co 3 + (aq) + 10 H2O (L) = 4 CO2 (g) + 8 H3O + (aq) + 10 CO 2 +(aq)
on rajoute de l'acide sulfurique pour accéléré la réaction qui pourrait prendre un temps conséquent
finalement pour la 1.1)
5 H2O2 (aq) + 10 H3O + (aq) = 20 H2O (L)
C4H4O6 2 - (aq) + 10 H2O (L) + 2e = 4 CO2 (g) + 8 H3O(aq)
car il faudra rajouter le cobalt dans la dernière question
Peux-tu détailler pas à pas ton raisonnement comme c'est fait dans la fiche de cours fournie ?
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