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Exercice de chimie : 1 |
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Vieillissement d'une eau de
Javel |
Baccalauréat
Blanc
I- Vieillissement d’une
eau de
javel.
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On se propose d’étudier la décomposition d’une eau de javel. L’eau de Javel se décompose lentement selon la réaction d’oxydoréduction suivante :
On utilise de l’eau de Javel achetée en berlingot. Les indications du fabricant sont les suivantes : Volume : 250 mL ; Degré chlorométrique : 48 ° ; Composition : solution aqueuse d’hypochlorite de sodium ( Na+ + ClO –) et de chlorure de sodium ; Date de fabrication : juin 2001 ; À diluer dans les trois mois qui suivent la fabrication. On dilue la solution commerciale afin d’obtenir une solution S1 cinq fois moins concentrée. 1)- Étude de la cinétique de la réaction catalysée par les ions cobalt Co2+. Pour étudier la cinétique de la réaction (1) catalysée par les ions cobalt Co2+, on utilise un volume V1 = 100 mL de solution S1. On déclenche le chronomètre à l’instant où l’on met le catalyseur dans la solution. Pour suivre l’évolution de la réaction, on mesure à température et pressionconstantes le volume de dioxygène dégagé au cours du temps. On néglige la quantité de dioxygène dissoute dans l’eau par rapport à la quantité de dioxygène produite. Dans le tableau suivant, le volume de dioxygène dégagé VO2 est déterminé dans des conditions de température et de pression telles que le volume molaire est : Vmol = 22,4 L / mol : |
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t (s) |
0 |
30 |
60 |
90 |
120 |
150 |
180 |
210 |
240 |
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VO2 mL |
0 |
42 |
74 |
106 |
138 |
163 |
189 |
212 |
231 |
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[ClO –] (mol / L) |
0,263 |
0,22 |
0,19 |
0,16 |
0,14 |
0,11 |
0,090 |
0,070 |
0,056 |
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t (s) |
270 |
300 |
330 |
360 |
390 |
420 |
450 |
∞ |
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VO2 mL |
246 |
255 |
269 |
278 |
286 |
291 |
295 |
295 |
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[ClO –] (mol / L) |
0,043 |
0,035 |
0,023 |
0,0152 |
8,0 × 10 –3 |
3,5 × 10 –3 |
0 |
0 |
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- À partir de la mesure de VO2 (∞), déterminer la concentration en ions hypochlorite [ClO –]0 à t = 0 dans la solution S1. - On peut considérer que lorsque la réaction est finie, le volume de dioxygène : - VO2
≈ 295 mL - D’après le bilan de quantité de matière de la réaction (1) :
-
b)- Établir l’expression littérale de la concentration en ions hypochlorite notée[ClO –] dans la solution S1 à chaque date en fonction de [ClO –]0, VO2 (t), V1 et Vmol. Calculer [ClO –] à t = 360 s. - Expression littérale de la concentration en ions hypochlorite notée [ClO –] :
- - Valeur de [ClO –] à t = 360 s : - - Remarque : si on arrondit la valeur initiale à : [ClO –]0 ≈ 0,26 mol / L, - Alors [ClO –]360 ≈ 0,012 mol / L c)-Représenter la courbe : [ClO –] = f (t) sur une feuille de papier millimétré : échelles 1 cm ↔ 30 s et 1 cm ↔ 2,0 × 10 –2 mol / L. - Courbe : [ClO –] = f (t) |
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d)- Donner la définition de la vitesse instantanée de disparition de l’ion hypochlorite. Calculer la vitesse instantanée de disparition de l’ion hypochlorite à la date t = 240 s. Sur le graphe précédent, donner l’allure approximative de la courbe représentant l’évolution de [ClO –] = f (t) en l’absence d’ions cobalt Co2+. - définition de la vitesse instantanée de disparition de l’ion hypochlorite : - La vitesse volumique instantanée de disparition de l’ion hypochlorite est l’opposée de la dérivée par rapport au temps de la concentration de l’ion hypochlorite:
- La vitesse instantanée de disparition de l’ion hypochlorite à la date t = 240 s. - elle est numériquement égale à l’opposé du coefficient directeur de la tangente à la courbe [ClO –] = f (t) au point considéré : -
- Allure approximative de la courbe
représentant l’évolution de [ClO
–] =
f (t) en l’absence d’ions cobalt
Co2+
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2)- Vieillissement de l’eau de Javel. - Le degré chlorométrique français correspond au volume en litre de dichlore gazeux dans les conditions de température et de pression
telles que
Vmol =
22,4 L / mol utilisé lors de la préparation d’un litre d’eau de Javel.
- L’équation bilan
de la réaction chimique de préparation de l’eau de Javel est :
- déterminer la concentration des ions hypochlorite dans le berlingot : à la date de fabrication et à la date de l’expérience. Conclure. - Vieillissement de l’eau de Javel : - Bilan de quantité de matière :
- Concentration de la solution commerciale : pour préparer 1 L de solution commerciale, il faut 48 L de dichlore. - La quantité de matière correspondante : - - La concentration en ion hypochlorite de la solution commerciale d’eau de Javel : d’après le bilan de quantité de matière de la réaction (2) : - [ClO – ]fab = 2,14 mol / L.- La concentration initiale en ions hypochlorite de la solution S1 : - [ClO –]0 ≈ 0,263 mol / L. - Cette solution est cinq fois moins concentrée que la solution présente dans le berlingot étudié. (la solution commerciale a été diluée 5 fois). - la concentration [ClO –]texp ≈ 5 [ClO –]0 ≈ 5 × 0,263 mol / L
-
[ClO
–]texp
≈ 1,32 mol / L < [ClO
–]fab = 2,14 mol / L - Le berlingot est périmé. - La concentration en ion hypochlorite [ClO –] diminue au cours du temps car il se produit la réaction (1) :
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