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On s'intéresse à la réaction
d'oxydoréduction entre les ions peroxodisulfate
S2O82- et les ions iodures
I- en solution aqueuse.
couples oxydant / réducteur :
S2O82- /
SO42- et I2 /
I-.
Dans un bécher on introduit un volume
V1 = 40 mL d'une solution aqueuse de
peroxodisulfate de potassium ( 2K+ ;
S2O82-) de concentration
C1 = 0,1 mol/L et à l'instant t=0, on
ajoute V2 = 60 mL d'une solution d'iodure de
potassium ( K+ : I-) de concentration
C2 = 0,15 mol/L. On obtient la courbe suivante
:
- Ecrire les demi-équations électroniques
pour chacun des deux couples qui interviennent dans cette
réaction.
- En déduire l'équation de la
réaction entre les ions peroxodisulfates et les
ions iodures.
- En notant x l'avancement de la réaction
à l'instant t, donner les expressions des
concentrations des divers espèces présentes
dans le mélange en fonction de x et du volume V de
la solution. On négligera les ions oxonium et
hydroxyde minoritaires devant les autres ions.
- On rappelle que la conductance G d'une telle solution
a pour expression:
G= k( l1[S2O82-
]+l2[I-
]+l3[SO42-
]+l4[K+
]) où les li
représentent les conductivités molaires
ioniques ( qui ne dépendent que de la nature de
l'ion et de la température) et k la constante de
cellule.
Montrer que la relation entre la conductance G et
l'avancement x de la réaction est de la forme : G=
1/V(A+Bx) où V est le volume constant de la
solution et A et B des constantes. A = 1,9 mS L et B= 42
mS L mol-1.
- Définir la vitesse volumique de la
réaction en fonction de l'avancement x. En
déduire sont expression en fonction de G.
- A l'aide du graphique, déterminer la valeur de
la vitesse volumique à la date t = 1 min.
- Déterminer la valeur de xmax de
l'avancement maximale de la réaction.
- En utilisant le résultat
précédent, déterminer graphiquement
l'instant à partir duquel on peut que
considérer la réaction est
terminée.
corrigé
réduction de l'ion peroxodisulfate :
S2O82- +
2e- -->2SO42-
oxydation de l'ion iodure : 2I-
-->2e- + I2.
S2O82-
+2I- -->2SO42-+
I2.
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S2O82-
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+2I-
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-->2SO42-
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+ I2
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initial
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40*0,1 = 4 mmol
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60*0,15 = 9 mmol
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0
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0
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en cours
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4-x
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9-2x
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2x
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x
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fin
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4-xmax=0
xmax=4 mmol
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9-2xmax=1 mmol
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2xmax=8 mmol
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xmax=4 mmol
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à la date t, concentration
des espèces présentes :
[S2O82-] =
(4-x)/V
[I- ] = (9-2x)/V
[SO42-] = 2x/V
[I2] = x/V
[K+]=(40*0,1*2+60*0,15) / 100 = 0,17
mol/L
G= k/V(l1(4-x)+l2(9-2x)+l32x+l40,017)
G= k/V(4l1+9l2+0,017l4+
(2l3
-l1-2l2)x).
vitesse volumique de la réaction : v = 1/ V dx/dt
G= 1/V (A+Bx); dériver par rapport au temps cette
expression
dG/dt = B/V dx/dt soit v = 1/B
dG/dt.
v (t=1 min) = 1/42*0,0108 = 2,57
10-4 mol L-1
s-1.
si dG/dt = 0 (tangente horizontale) la vitesse de la
réaction est nulle ; la réaction est alors
terminée.
lecture graphe : à partir de t = 2 min la
réaction peut être considérée
comme terminée.
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