Ex : Cinétique d'une réaction

[Lilg]

Bonjour, j'espère que vous allez bien. J'ai un devoir de chimie à faire dont je n'ai pas très bien compris l'énoncé. Le voici :

l'eau oxygénée, en milieu acide, suivant l'équation-bilan :

2I-+ H₂O₂ + 2H+→ I2 + 2 H₂O

On peut déterminer le temps nécessaire pour qu'il se forme n moles de diiode I2 en ajoutant à l'avance des quantités fixées de thiosulfate de sodium Na2S₂O3 qui réagit rapidement avec le diiode suivant l'équation-bilan :

2 S₂02- 3 + I2 > S40²6- +2I-

Dans ce but, on prépare une solution contenant: - 20 mL de solution d'iodure de potassium Kl de -

concentration 1 mol.L¹;

assez d'eau pour considérer le volume de la

solution finale comme constant;

une solution permettant de maintenir la con centration en ion H+ constante;

- 2 mL d'une solution de thiosulfate de sodium
de concentration 1 mol.L¹;

- quelques gouttes d'une solution d'empois

d'amidon.

A l'instant t = 0, on ajoute 1 mL d'une solution d'eau oxygénée de concentration 9,88 mol.L¹.

A l'instant t₁ = 86 s apparaît la coloration bleu foncé de l'indicateur. On ajoute alors 2 mL de la solution de thiosulfate qui fait disparaître la couleur. Celle-ci réapparaît à l'instant t₂ = 183 s. On ajoute de nouveau 2 mL de la solution de thiosulfate de sodium ... et ainsi de suite. Ce qui permet de dresser le tableau de résultats suivant :
(Voir photo)

a) Donner deux exemples de calcul de n(I₂), en effectuant ces calculs pour les nombres de moles n₁ et n₂ correspondant aux deux premières additions de la solution de thiosulfate de sodium.

(Il y'a éventuellement d'autres questions mais je pense être capable de les résoudre voici pourquoi je n'ai tapé que la partie a ! M'enfin, ce qui me pose problème c'est l'ajout de 2 ml de thiosulfate de sodium à certains instants ; comment ça se fait que l'on en rajoute 2ml ? Surtout, comment ça se fait que l'on en rajoute 2ml à chaque fois, le volume (le nombre de moles plutôt) dont aura besoin la quantité de I2 formée pour réagir avec n'est elle pas sensée diminuer au cours du temps ? J'ai essayé d'y réfléchir moi-même et je suis arrivée à la conclusion (qui peut s'avérer incorrecte) que l'espace de temps à chaque fois est plus grand, (que par exemple entre T1 et T2 il y'a une différence de 97 secondes mais qu'entre t8 et t9 la différence est bien plus grande ce qui signifie normalement qu'on a eu besoin de plus de temps après pour ajouter 2ml qu'en début de réaction et que donc techniquement la vitesse de formation de I2 diminue? Sinon, pour étudier la cinétique d'une réaction, on nous a toujours dit qu'on procédait à un dosage, et apparemment dans cet énoncé on procéde à une technique différente, est-ce quelqu'un peut-il m'expliquer le procédé exactement ? ^^' ce n'est pas très clair pour moi (que fait-on, comment calcule-t-on le temps nécessaire à la formation de I2 à chaque fois etc etc). Et finalement, qu'est ce qui se passe au niveau du volume et de la concentration du thiosulfate après plusieurs ajouts de thiosulfate ? Du volume total également. Merci d'avance et excusez ce message un peu trop long. ^^"
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[Lilg]

+ Est ce que la quantité de thiosulfate que l'on ajoute va être en excès par rapport à la quantité de diiode formé à t?

[jeanne08]

Bonsoir,
Tu as mal compris la manip :
- tu mets en présence des ions iodures et de l’eau oxygénée. Il se forme progressivement du diiode I2 . La présence de ce diiode est mis en évidence par une coloration bleue de l’empois d’amidon.
- si on ajoute x mol de thiosulfate dans le mélange, ce thiosulfate réagit très vite avec le diiode donc on ne voit pas de couleur bleue tant qu’il reste du thiosulfate … mais quand il n’y as plus de thiosulfate alors on voit la couleur bleue
On regarde de plus près : si on met 2 ml de solution de thiosulfate on met 2 mmol de thiosulfate qui vont réagir avec 1 mmol de diiode … et si on met 4 ml de solution de thiosulfate soit 4 mmol alors ils réagiront avec 2 mmol de diiode …
A toi de continuer !

[Lilg]

Bonjour, je vois, merci INFINIMENT d'avoir pris le temps de lire ce long message et d'y avoir répondu <3 tout est clair grâce à vous, ceci dit, il y'a un petit quelque chose que je ne comprends pas.. quand la couleur bleu apparaît, comment sait-on qu'il faut mettre 2 ml de thiosulfate de sodium ? Je suis bien consciente que 2 mmol vont réagir avec une mmol de diiode mais, admettons qu'à cet instant on ajoute 2 mmol mais qu'en réalité 4 mmol de diiode se soit formées, le mélange restera bleu, indiquant une quantité de diiode en excès, non ? Pour que les réactifs soient en proportions stoechiométriques, et que donc les calculs soient exacts, ne faut-il pas mettre une quantité de thiosulfate connaissant la quantité de produit formée ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[gts2]

Bonjour,

Quand on ajoute le thiosulfate (t1), la couleur vient de passer au bleu, il y a donc très peu de I2. Et à l'instant où la couleur va réapparaitre (t2), la quantité de I2 formée entre t1 et t2 sera de 1 mmol.

A la question "comment sait-on qu'il faut mettre 2 ml de thiosulfate de sodium ?", on ne sait pas, on a choisi 2mL de manière à avoir 1mol de I2 formée entre deux instants.

Si vous raisonnez en terme dosage, le thiosulfate ne dose pas le I2 formé, c'est plutôt l'iode formée qui dose le thiosulfate : initialement dans le becher on a 2 mmol de thiosulfate et au lieu d'apporter I2 par une burette, on l'apporte par une réaction chimique.

[Lilg]

Bonjour, merci beaucoup d'avoir pris le temps de répondre !! Je vous en suis reconnaissante.
Donc si je comprends bien, on sait (d'une manière ou d'une autre ??) qu'à chaque nouvelle répartition de la couleur bleue, juste au même instant, une mmol de I2 s'est formée et que donc, instantanément il faut placer 2ml de thiosulfate (et que si on tarde à le faire les résultats ne sont plus corrects car à ce moment là, la quantité formée aura augmenté ?) Ceci dit je n'ai pas compris l'histoire de dosage et pourquoi est-ce que c'est le diiode qui dose le thiosulfate..

[gts2]

Bonjour,
Pour ce qui est du dosage, c'est juste une interprétation pour relier au message initial "pour étudier la cinétique d'une réaction, on nous a toujours dit qu'on procédait à un dosage" (il y a d'autres méthodes, mais la méthode dans le cas présent est bien un dosage).

Un dosage consiste à placer une quantité nA de A dans un becher et à ajouter progressivement B avec une burette, ce qui donne une réaction A+B ->, jusqu'à ce que nA=nB (stoech. 1-1 pour simplifier) repéré par un indicateur coloré
Ici on place 2 mmol de thiosulfate dans le becher (donc A=thiosulfate) et on ajoute progressivement I2 (par la réaction iodure -> diiode) (donc B=diiode) qui disparait donc par (thiosulfate + diode -> ) et lorsque le thiosulfate a été consommé, I2 reste change la couleur de l'empois d'amidon ce qui indique qu'on ajouté 1 mmol de diiode.

"on sait (d'une manière ou d'une autre ??) qu'à chaque nouvelle répartition de la couleur bleue..." c'est la relation classique de l'équivalence du dosage

Pour faire des mesures correctes, il faut noter précisément l'instant d'apparition de la couleur bleue (t1) (l'équivalent dans le dosage du volume d'équivalence).
Après, on a tout le temps pour ajouter le thiosulfate ; avec vos valeurs il s'écoule une centaine de secondes entre deux mesures, il faut donc le verser dans cet intervalle de 100 s.
juste avant t1 n(I2)=0 (incolore) ; et juste avant t2 n(I2)=0 (incolore) ; et juste après t2 il y a un peu de I2, donc I2 formé entre t1 et t2 a consommé tout le thiosulfate versé quelque part entre t1 et t2.

[Lilg]

Bonjour !! Je suis vraiment désolée je ne m'aperçois de votre message que maintenant !! Merci infiniment pour tout, vraiment ! Je ne sais comment vous remercier. Je vais voir tout ça, en espérant que je comprenne! encore merci !!

[Lilg]

C'est encore moi ! Après relecture de votre réponse, beaucoup de choses m'ont parue bien plus claires. Je vous remercie infiniment pour votre bienveillance (et patience !)
Ceci dit, j'ai une question pour bon entendeur (pour celui ou celle qui aurait la patience de me répondre), comment sait-on qu'à l'apparition de la couleur bleue, précisément 1 mmol de diiode se sont formées ? C'est ce que j'ai du mal à comprendre. Ça ne pourrait pas être une quantité inférieure ou supérieure ? Pourquoi est ce que c'est 1 mmol précisément et non pas n'importe quelle autre valeur ? Ça m'échappe.. ^^'

[gts2]

On va essayer de cerner le problème parce qu'avant tout c'est un dosage et lorsque l'indicateur coloré change de couleur on a nA=nB précisément.

Première idée : si c'est bleu, il y a déjà de l'iode en quantité inconnue ; si c'est cela votre problème, il y a deux réponses
- l'amidon est un indicateur coloré, et donc en tant que tel, doit changer de couleur pour une très faible quantité de diode (je n'ai pas trouvé de valeur caractéristique)
- en supposant que celle quantité soit non négligeable, on fait la même erreur aux deux instants t1 : n(I2)=n0 ; t2 n(I2)=n0 donc le I2 formé entre t1 et t2 est celui nécessaire à la réaction avec le thiosulfate soit 1 mmol.

[Lilg]

J'ai du mal à comprendre.. Mais je vous ai bien assez embêté comme ça, merci beaucoup d'avoir été aussi patient !! )

[Littlenerd]

Hello, j'espère que vous vous portez bien. Je ne suis pas d'accord avec plusieurs choses ce que vous avancez (ou du moins je ne comprends pas pourquoi est-ce que vous raisonnez de la sorte, je ne dis en rien que j'ai raison et que vous avez tord!)
Premièrement, le fait que l'instant d'apparition de la couleur bleu soit en parallèle, le volume d'équivalence. Ne serait-ce pas plutôt l'instant de disparition de cette couleur là ? Le volume d'équivalence c'est le volume nécessaire au réactif doseur pour que les deux réactifs réagissent en proportions stoechiométriques et que donc qu'ils disparaissent. Si j'en suis vos dires, cela signifie qu'à l'instant d'apparition de la couleur bleu, on ajoute instantanément le thiosulfate et directement la couleur disparaît ; ainsi les réactifs ont réagi en porportions stoechiométriques. Mais il est indiqué que la réaction entre les deux réactifs est rapide, ils n'ont pas dit quelle était instantanée.
En suite, vous dîtes que nous avons une intervalle de 100 secondes pour verser la totalité des 2ml de thiosulfate, encore une fois, je ne suis pas d'accord. Nous savons que le thiosulfate et le diiode ont besoin, vers le début de la réaction, d'environ 100 secondes pour qu'ils réagissent en proportions stoechiométriques et qu'ils disparaissent, si je puis dire. Nous avons t1= 86s et t2 =183s, si nous versons les 2ml à t=181 secondes, après avoir commencé le décompte à t=86s, ils ne vont dans ce cas pas disparaître à t=183s mais une centaine de secondes après. Ceci dit, si vous vouliez dire que nous pouvions verser la première moitié à t=83s et la seconde moitié dès que la première a réagi, cela toujours dans l'intervalle, je suis dans ce cas d'accord.
Finalement, pour répondre à lilg qui ne comprend pas comment est ce que l'on a su qu'à chaque nouvelle apparition de la couleur bleu, il fallait verser 2ml (2 mmol) de thiosulfate qui réagirait avec une mmol de diiode s'était formée, ce sont des "données expérimentales" je ne pense pas qu'en tant qu'élève qui lit cet exercice, que l'on puisse soi-même deviner combien de ml il va falloir verser à chaque fois où combien de mmol de diiode va être formé entre deux instants, à part si l'on connait l'une d'elle, et qu'on déduit alors l'autre à partir du R.S.
Encore une fois, je pense que c'est moi qui complique les choses ou qui a mal compris, je ne dis pas que vous avez tord

[gts2]

Premièrement, le fait que l'instant d'apparition de la couleur bleu soit en parallèle, le volume d'équivalence. Ne serait-ce pas plutôt l'instant de disparition de cette couleur là ?

Non c'est bien l'instant d'apparition :
- vous pouvez faire disparaitre la couleur bleue à n'importe quel instant entre t1 et t2, donc cela voudrait dire une détermination plutôt imprécise
- quand la couleur bleue apparait, cela signifie que vous avez dosé le thiosulfate versé.

Le volume d'équivalence c'est le volume nécessaire au réactif doseur pour que les deux réactifs réagissent en proportions stoechiométriques et que donc qu'ils disparaissent.

OK

Si j'en suis vos dires, cela signifie qu'à l'instant d'apparition de la couleur bleu, on ajoute instantanément le thiosulfate

Je n'ai jamais dit cela ; j'ai même dit que l'on pouvez verser le thiosulfate à n'importe quel instant entre t1 et t2.

Mais il est indiqué que la réaction entre les deux réactifs est rapide, ils n'ont pas dit quelle était instantanée.

Il faudrait préciser le sens exact de rapide (c'est rapide par rapport 2I-+ H₂O₂ -> ) mais de tout manière la réaction s'étale entre t1 et t2.

Nous savons que le thiosulfate et le diiode ont besoin, vers le début de la réaction, d'environ 100 secondes pour qu'ils réagissent en proportions stoechiométriques et qu'ils disparaissent, si je puis dire.

La durée de 100 c'est le temps nécessaire pour que 2I-+ H₂O₂ fabrique 1 mmol de I2, pas le temps pour que le thiosulfate réagisse avec I2 (temps court (rapide) par rapport à 100 secondes)
J'ai l'impression que vous confondez la réaction dont on étudie la vitesse (2I-+ H₂O₂ ->) et la réaction qui sert à doser le I2 formé.

Nous avons t1= 86s et t2 =183s, si nous versons les 2ml à t=181 secondes, après avoir commencé le décompte à t=86s, ils ne vont dans ce cas pas disparaître à t=183s mais une centaine de secondes après.

Mais si : réaction rapide, sous-entendu par rapport à 2I-+ H₂O₂ , donc temps de réponse petit par rapport à 100 s.

Ceci dit, si vous vouliez dire que nous pouvions verser la première moitié à t=83s et la seconde moitié dès que la première a réagi, cela toujours dans l'intervalle, je suis dans ce cas d'accord.

Pourquoi pas, mais c'est un peu se compliquer la vie ; ou prendre un point intermédiaire à 0,5 mmol de I2 formé.

Finalement, pour répondre à lilg qui ne comprend pas comment est ce que l'on a su qu'à chaque nouvelle apparition de la couleur bleu, il fallait verser 2ml (2 mmol) de thiosulfate qui réagirait avec une mmol de diiode s'était formée, ce sont des "données expérimentales" je ne pense pas qu'en tant qu'élève qui lit cet exercice, que l'on puisse soi-même deviner combien de ml il va falloir verser à chaque fois où combien de mmol de diiode va être formé entre deux instants, à part si l'on connait l'une d'elle, et qu'on déduit alors l'autre à partir du R.S.

On ne sait pas qu'il faut verser 2mmol de thiosulfate. On a choisi de verser 2 mmol de thiosulfate et sachant que, au vu de la stochiométrie, ces 2 mmol vont réagir avec 1 mmol de I2. Et ce n'est pas avec une mmol de diiode qui s'était formée, (à t1 il n' y a pas de I2 dans la solution), mais avec une mmol de diiode qui va se former entre t1 et t2

Il ne s'agit pas de "deviner combien de ml il va falloir verser", c'est donné par le texte. Par contre sachant qu'on a versé 2mmol de thiosulfate (donnée du texte), @Lilg doit être capable de calculer qu'il faudra la formation de 1 mmol de I2 pour doser ce thiosulfate. @Lilg n'a jamais posé de question sur ce point, donc je suppose qu'elle a écrit la réaction de dosage et déterminer ce 1 mmol. Si le problème vient de là (écriture de la réaction de dosage), cela signifie que je n'ai pas compris le problème de @Lilg et que j'ai donc répondu à côté.

[Littlenerd]

Bonjour ! Merci avant tout pour vos clarifications. Il est vrai, je m'emmêle les pinceaux entre les deux réactions.. Vous avez raison ! Mais du coup, on choisit l'apparition de la couleur bleu en tant que "volume d'équivalence" car on est sûr à ce moment là que tous les réactifs se sont transformés ? Admettons. Mais comment ça se fait que l'on puisse faire disparaitre la couleur bleu à n'importe quel instant ?

ne faut-il pas mettre une quantité de thiosulfate connaissant la quantité de produit formée ?

C'est l'une des questions de lilg. Vous dites que l'on choisit de verser à chaque fois 2ml de thiosulfate pour qu'ils réagissent en proportions stoechiométriques avec la mmol de diiode qui se forme à chaque fois, cela implique que l'on sache qu'entre deux instants, une mmol de diiode se forme. Lilg demande justement comment est ce que l'on sait que précisément une mmol de diiode se forme entre deux instants, d'après ce que j'ai compris. Je pense qu'en tant qu'élève, c'est une donnée qu'il faut "déduire" grâce à la donnée par rapport au thiosulfate. Autrement dit, il n'y a aucun moyen de savoir de soi-même, en tant qu'élève, combien de quantité de matière se forme entre deux instants à chaque fois, si on ne savait pas qu'on rajoutait telle quantité de thiosulfate qui réagit complètement avec le diiode.

[gts2]

Mais du coup, on choisit l'apparition de la couleur bleu en tant que "volume d'équivalence" car on est sûr à ce moment là que tous les réactifs se sont transformés ?

C'est bien cela : quand la couleur bleue apparait, cela signifie que le thiosulfate a entièrement disparu.

Mais comment ça se fait que l'on puisse faire disparaitre la couleur bleu à n'importe quel instant ?

à n'importe quel instant ... inférieur au temps suivant.
Il faut verser les 2 mmol de thiosulfate avant que la quantité d'iode ne devienne supérieure à 1 mmol ; dans ce cas I2 disparait et la couleur bleue avec.
Si t1 est l'instant d'apparition du bleu, si on verse le thiosulfate à t2, il va réagir avec le I2 déjà formé, et le reste du thiosulfate va réagir avec le I2 formé entre t2 et t3 nouvel apparition du bleu. Au total le thiosulfate aura bien réagit avec I2 formé entre t1 et t3.

Vous dites que l'on choisit de verser à chaque fois 2ml de thiosulfate pour qu'ils réagissent en proportions stoechiométriques avec la mmol de diiode qui se forme à chaque fois, cela implique que l'on sache qu'entre deux instants, une mmol de diiode se forme.

C'est "l'inverse", on sait que la couleur bleue réapparaitra lorsqu'1 mmol de I2 aura été formé (à cause des 2mmol de thiosulfate), et on mesure l'instant correspondant.

Lilg demande justement comment est ce que l'on sait que précisément une mmol de diiode se forme entre deux instants, d'après ce que j'ai compris.

Parce que 2 mmol de thiosulfate réagit avec 1 mmol de I2 par la réaction : 2S₂O₃^2-+I₂ -> 2I^-+S₄O₆^2-
Je me demande si finalement le problème ne vient pas de là ?

Je pense qu'en tant qu'élève, c'est une donnée qu'il faut "déduire" grâce à la donnée par rapport au thiosulfate.

C'est bien cela, donc ma réponse était totalement à côté. J'avais compris que le problème était d'expliquer le protocole, pas d'écrire la relation de dosage n(Na2S₂O3)=2 n(I₂).

Autrement dit, il n'y a aucun moyen de savoir de soi-même, en tant qu'élève, combien de quantité de matière se forme entre deux instants à chaque fois, si on ne savait pas qu'on rajoutait telle quantité de thiosulfate qui réagit complètement avec le diiode.

C'est indiqué en toutes lettres dans le texte : "A l'instant t₁ apparaît la coloration bleu ... On ajoute alors 2 mL de la solution de thiosulfate ... Celle-ci réapparaît à l'instant t₂" et "Na2S₂O3 qui réagit rapidement avec le diiode ...". Il est vrai qu'il manque le complétement.
Ce qu'il faut traduire c'est : "2 mL de thiosulfate sont dosés par 1mmol de I2."