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SUIVI TEMPOREL D'UNE TRANSFORMATION

Pour suivre par conductimétrie l'évolution temporelle d'un système chimique, on retiendra des réactions pour lesquelles la différence de conductivité entre les ...




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, ou le récipient explose ( éviter les récipients en verre, préférer le plastique. Un bon compromis est d’arriver à une augmentation de pression ne dépassant pas 500hPa , c’est à dire que le volume de gaz qui serait dégagé sous la pression atmosphérique resterait inférieur à la moitié du volume du récipient.

1.2 SUIVI DE LA REACTION ENTRE LE MAGNESIUM ET L’ACIDE CHLORHYDRIQUE

Mg (s) + 2 H+ (aq) ( Mg2+ (aq) + H2 (g)
Dispositif expérimental
- erlenmeyer ou flacon plastique de 100mL, muni d’un bouchon troué et d’un tube
- pressiomètre avec sortie analogique (1mV/hPa) ,
- ordinateur avec carte d’acquisition et logiciel d’exploitation des mesures (Regressi, Winlabo2, Synchronie…)
- magnésium en ruban : le ruban de 25m a une
masse de 24g environ (cf catalogues de produits chimiques) : 1cm correspond à 0,4 mmol.
- acide chlorhydrique 0,5mol.L-1
- cristallisoir contenant de l’eau , pour maintenir la température du milieu réactionnel constante.

Mode opératoire
Prévoir une acquisition de durée totale 4min environ (ex : 1000mesures d’intervalle 200ms)
Introduire dans le flacon 20mL d’acide chlorhydrique de concentration 0,5mol.L-1
Placer 2,5 cm (1mmol) de ruban de magnésium dans le tube traversant le bouchon
Adapter le bouchon au flacon (le magnésium tombe alors dans l’acide) et lancer simultanément l’acquisition.

Résultats
- Le magnésium est consommé en totalité
- La tension délivrée par le capteur de pression se traduit par la courbe suivante :
















Exploitation des résultats
Mg (s) + 2 H+ (aq) ( Mg2+ (aq) + H2 (g)étatavancement n(Mg)n(H+)n(Mg2+)n(H2)initial01 1000inter.x1-x10-2xxxfinalxmax=10811
Etablir le tableau d’avancement de la réaction (valeurs en mmol) .Il permet de constater que
- le magnésium est le réactif limitant (ce qui confirme l’observation)
- l’avancement est égal à la quantité de matière de dihydrogène formé.
La température et le volume étant supposés constants, la pression est proportionnelle à la quantité de matière de gaz (PV=nRT), et par conséquent la variation de pression du gaz est proportionnelle à n(H2), donc à l’avancement.
La réponse du capteur étant linéaire, on peut graduer l’axe des ordonnées en fonction de x :
le palier correspond à l’avancement maximal, égal à 1 .

La courbe peut être lissée , et exploitée pour le calcul du temps de demi-réaction et de la vitesse à une (ou plusieurs) date(s) donnée(s).

Mise en évidence de l’influence de la concentration des réactifs
Les courbes ci-aprés correspondent à deux expériences réalisées en prenant la même quantité de ruban de magnésium, et le même volume d’acide (20mL) mais avec des concentrations égales à 0,5 mol.L-1 dans la première expérience et 1,0 mol.L-1 pour la deuxième.
La transformation s’effectue plus vite dans le 2e cas , quand la concentration d’acide est plus élevée.
















Remarque : il est possible, en utilisant deux capteurs de pression reliés chacun à une voie de la carte d’acquisition d’enregistrer les deux courbes simultanément.
1.3 SUIVI DE LA DECOMPOSITION DE L’EAU OXYGENEE

En présence d’ions Fe3+, l’eau oxygénée se transforme en eau et en dioxygène selon
2 H2O2 (aq) ( O2 (g) + H2O (l) .On n’insistera pas sur le rôle catalytique des ions Fe3+, l’étude de la catalyse n’arrivant qu’en fin de programme.

Dispositif expérimental (id étude du système magnésium –acide chlorhydrique) :
- flacon plastique de 100mL ou 250mL, muni d’un bouchon troué et d’un tube
- pressiomètre avec sortie analogique (1mV/hPa) ,
- ordinateur avec carte d’acquisition et logiciel d’exploitation
- eau oxygénée « 10volumes » (avec un flacon de 100mL, plutôt de l’eau oxygénée 5 volumes)
- solution de chlorure de fer III 0,1mol.L-1
Précautions : cf1.1 ci-dessus.

Mode opératoire
Prévoir une acquisition de durée totale 15min environ (ex : 1000mesures d’intervalle 1s)
Introduire dans le flacon 10mL d’eau oxygénée et 5mL de solution de chlorure de fer. Boucher rapidement et lancer l’acquisition.

Résultats
expérience avec
-10mL d’eau oxygénée 10volumes
- 5mL de chlorure de fer III 0,1mol.L-1 ,
dans flacon de 100mL)






Exploitation
L’eau oxygénée « 10volumes » (solution de peroxyde d’hydrogène) a une concentration molaire de 0,90mol.L-1…si elle n’est pas trop vieille.

Tableau d’avancement de la réaction (valeurs en mmol)
2 H2O2 (aq) ( O2 (g) + H2O (l)étatavancementn(H2O2)n(O2)n(H2O)initial090excèsinter.x 9-2xxexcèsfinalxmax 04,5excès
V et T sont supposés constants, la variation de tension enregistrée est proportionnelle à la variation de pression du gaz donc à la quantité de matière n(O2), égale à l’avancement x.
De même que précédemment , on pourra calculer t1/2, ou la vitesse de la réaction à une date fixée.

Influence de la quantité de matière de catalyseur
En jouant ( !) sur la concentration de la solution de chlorure de fer III, on montre que la concentration du catalyseur influe sur la vitesse de la réaction. (expérience pouvant illustrer l’étude de la catalyse dans la partie D du programme : comment le chimiste contrôle t-il les transformations de la matière ?





2/ SUIVI PAR CONDUCTIMETRIE

2.1 QUELLES REACTIONS SUIVRE PAR CONDUCTIMETRIE ?
Pour suivre par conductimétrie l’évolution temporelle d’un système chimique, on retiendra des réactions pour lesquelles la différence de conductivité entre les réactifs et les produits soit assez importante : réactions où des espèces ioniques se transforment en espèces moléculaires, ou l’inverse.
D’autre part, il faut opérer sur des solutions suffisamment diluées (
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