Réactions avec phase aqueuse + phase gazeuse

[Onlymax]

Bonjour,
Je me pose des questions concernant l'expression de l'avancement au sein de réactions mêlant une phase aqueuse et une phase gazeuse, notamment lorsque les espèces en solution dégagent un produit gazeux.

Cela fait plusieurs fois que je me retrouve bloqué au milieu d'exercices lorsqu'il s'agit d'exprimer la concentration d'un réactif en fonction du volume de produit dégagé, et j'ai quelques difficultés pour relier ces valeurs entre elles.

Je vais illustrer mon propos avec un exemple typique d'exercice qu'il m'est impossible de comprendre actuellement : une réaction de dismutation de H202, suivant l'équation H2O2 -> H20 + 1/2 02.
A chaque fois, les volumes de dioxygène dégagés sont mesurés à P=1bar et la température reste constante, je me doute qu'il faut utiliser d'une quelconque manière la formule des gaz parfaits, mais j'échoue toujours face à ce genre de questions.

Comment peut-on exprimer [H202] à l'instant t en fonction du volume V d'02 dégagé et du volume final d'02 Vfinal ? On a noté "a" la concentration initiale de H202, mais je ne comprends pas comment écrire un tableau d'avancement, car j'ai l'impression qu'on a d'une part le volume liquide, et de l'autre le volume gazeux, je ne vois pas comment les relier (et encore moins comment y lier le volume gazeux final).

Merci d'avance pour votre aide !
Maxime
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[Kemiste]

Bonjour.

Pour faire un tableau d'avancement, peut importe que l'espèce sot liquide, solide, gazeuse, en solution... C'est un bilan qui s'exprime en quantité de matière. Tu peux faire un tableau comme tu as l'habitude de le faire. Tu peux ensuite remplacer les quantités de matière selon les informations que tu as.

Si on reprend ton exemple, s'il disparaît x mol de H₂O₂ à un instant t tu auras x/2 mol de O². Tu connais la loi des gaz parfait PV = nRT. Donc tu peux exprimer la quantité de matière de O₂ (x/2) en fonction de P, V, R et T. Si on te donne la pression et la température, la seule variable sera V. Tu peux donc exprimer "x" (l'avancement) en fonction de V.

[Onlymax]

Oui je vois, mais si on veut exprimer la concentration en H202 à un instant t ?
En effet j'avais exprimé l'avancement x=2pV/nRT, mais je ne comprends pas comment exprimer [H202](t) en fonction de V et Vfinal comme on me le recommande.
L'avancement n'est qu'une quantité de matière, et il faudrait le relier à un certain volume (c'est là que je bloque, je ne comprends pas lequel) pour exprimer la concentration en H202.
Auriez-vous des idées pour lier cette concentration [H202] avec V et Vfinal ?

Merci encore de votre réponse !

[gts2]

Si la réaction dans l'état final est totale, vous savez que pour Vfinal (H2O2)=0.
D'autre part pour V=0, (H2O2)=a.
L'avancement est proportionnel à V.
Cela devrait suffire.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Kemiste]

Oui je vois, mais si on veut exprimer la concentration en H202 à un instant t ?
En effet j'avais exprimé l'avancement x=2pV/nRT, mais je ne comprends pas comment exprimer [H202](t) en fonction de V et Vfinal comme on me le recommande.
L'avancement n'est qu'une quantité de matière, et il faudrait le relier à un certain volume (c'est là que je bloque, je ne comprends pas lequel) pour exprimer la concentration en H202.
Auriez-vous des idées pour lier cette concentration [H202] avec V et Vfinal ?

Merci encore de votre réponse !

Attention à ne par confondre le volume de solution initiale et le volume de gaz libéré. Que représente V et Vfinal pour toi ?

Le volume de ta solution ne bouge pas, il y a juste à diviser par le volume de la solution pour passer de la quantité de matière à la concentration. L'évolution de la concentration sera identique à l'évolution de la quantité de matière. Il y aura juste un facteur correctif pour les valeurs correspondant au volume de solution.

[Onlymax]

Déjà, à l'instant t, on a [H202](t) = a - xv (avancement volumique) = a - (2pV/RT) / volume solution, mais il n'y a aucun lien avec Vfinal, peut-être y a-t-il une autre façon de relier ces grandeurs ?

Merci beaucoup!

[gts2]

Dans la réponse #4, il est indiqué :
"Si la réaction dans l'état final est totale, vous savez que pour Vfinal (H2O2)=0."

[Onlymax]

Bonjour gts2,
Vfinal se réfère au dioxygène Vfinal(02) et non au peroxyde d'hydrogène,
les volumes V(t) et Vfinal sont en fait liés à la phase gazeuse

[gts2]

[H202](t) = a - xv (avancement volumique) = a - (2pV/RT) / volume solution

et vous savez que pour V(final,O2), [H202](t)=0, donc [H202](t)=a*(1- ?)

[Onlymax]

Oui vous avez peut-être raison, il faut sûrement considérer la réaction totale (ce n'était pas indiqué dans l'énoncé du problème).

Dans ce cas, on obtient avec l'avancement final une expression de 2p/(RT*Vs) (en notant Vs volume solution) qui vaut a/Vfinal !
Du coup, en remplaçant dans l'expression de xv, on obtient xv = a*V/Vfinal, et donc [H202](t) = a - a*V/Vfinal = a*(1-V/Vfinal)

Ca m'a l'air vraiment bien, surtout que cela fait disparaître Vs, qui n'était pas introduit initialement.
Merci beaucoup !!