1. La lumière émise est une lumière bleue.

1.1. Quelques définitions.

1.1.1. À quel domaine, mécanique ou électromagnétique, une onde lumineuse appartient-elle ?

1.1.2. Concernant le milieu de propagation, en quoi ces deux types d’onde se différencient-ils ?

1.2.  La longueur d’onde émise est voisine de 400 nm.

1.2.1. Quelle énergie un photon émis transporte-t-il lors de la désexcitation des ions aminophtalate ?

1.2.2. Cette valeur serait-elle plus élevée si la lumière émise était rouge ? Justifier.

2. La réaction produite est une réaction d’oxydoréduction.

L’équation de la réaction s’écrit :

2 C₈H₇N₃O₂ (aq) + 7 H₂O₂ (aq) + 4 HO^– (aq)  = 2 N₂ (g) + 2 C₈H₂N₃O₄^2– (aq) + 14 H₂O (ℓ)

Pour illustrer cette réaction, trois solutions sont préparées :

-  Une solution S₁ avec 1,0 g de luminol, 250 g d’hydroxyde de sodium NaOH (s) et de l’eau distillée.

-  Une solution S₂ avec 5,0 g de ferricyanure de potassium K₃Fe(CN)₃ (s) et 250 mL d’eau distillée.

-  Une solution S₃ constituée de 0,50 mL d’eau distillée à 110 volumes.

Les solutions S₁ et S₂ sont mélangées dans un bécher puis la solution S₃ est ajoutée.

Le mélange réactionnel a un volume V = 350 mL.

2.1. L’au oxygénée joue le rôle d’oxydant. Qu’appelle-t-on oxydant ?

2.2. Le titre d’une eau oxygénée exprime le volume de dioxygène (mesuré en litres dans les conditions normales de température et de pression)

que peut libérer un litre d’eau oxygénée lors de la réaction de dismutation :

2 H₂O₂ (aq) = O₂ (g) + 2 H₂O (ℓ)

Ainsi, une eau oxygénée à 110 volumes a une concentration molaire C = 9,8 mol / L.     

On veut vérifier la concentration molaire de la solution d’eau oxygénée à 110 volumes.

Cette solution est diluée 10 fois. On obtient la solution S_R de concentration C_R.

Un prélèvement V_R = 10 mL de cette solution est dosé par une solution de permanganate de potassium acidifiée de concentration molaire C₀ = 0,50 mol / L.

Les couples mis en jeu sont les suivants :

MnO₄^– (aq) / Mn²⁺ (aq) et O₂ (aq) / H₂O₂ (aq)

2.2.1. Écrire la réaction support du dosage.

2.2.2. Rappeler la définition de l’équivalence. Comment l’équivalence est-elle repérée dans ce dosage ?

2.2.3. Le volume de solution de permanganate de potassium acidifié versé à l’équivalence est V_E = 8,0 mL.

En déduire la concentration C_R de la solution diluée S_R et vérifier que la concentration de la solution d’eau oxygénée à 110 volumes est voisine de celle annoncée.

(On pourra s’aider d’un tableau d’avancement).

3. La réaction entre le luminol et l’eau oxygénée est une transformation lente.

La réaction entre le luminol et l’eau oxygénée est réalisée maintenant dans une enceinte fermée.

On rappelle que le mélange réactionnel a un volume V = 350 mL.

La formation de diazote crée une surpression qui s’additionne à la pression de l’air initialement présent.

Grâce à un capteur de pression, on mesure on fonction du temps, la valeur de la pression P à l’intérieur de l’enceinte.

Soit P₀ la pression due à l’air régnant initialement dans l’enceinte, T = 300 K la température du milieu (supposée constante durant l’expérience)

et V_gaz = 2,1 L le volume de gaz contenu dans l’enceinte.

Tous les gaz sont considérés comme parfaits.

3.1.   

3.1.1. Exprimer P₀ en fonction de n (air), V_gaz, R et T si n (air) est la quantité de matière d’air initialement présente dans l’enceinte.

Soit n (N₂), la quantité de matière de diazote formé au cours de la transformation

3.1.2. Exprimer P en fonction de n (air), n (N₂), V_gaz, R et T.

3.1.3. En déduire l’expression de la surpression (P – P₀).

3.2.  Soit n₁ et n₂ les quantités de matière de luminol et d’eau oxygénée. Les ions hydroxyde HO^– (aq) sont introduits en excès.

Compléter le tableau d’avancement simplifié donné en document 1 sur l’annexe page 8/8 à rendre avec la copie.

Déterminer la valeur de l’avancement maximum noté x_max.

Dans ce tableau, la quantité de diazote correspond exclusivement au diazote produit par la réaction.

3.3. Établir la relation entre l’avancement x de la réaction, la surpression (P – P₀), V_gaz, R et T.

3.4. On mesure, dans l’état final, une surpression de 1660 Pa. Retrouver la valeur x_max de l’avancement maximal.

3.5. Un logiciel permet de traiter les mesures de pression P afin d’obtenir la courbe x = f (t) donnée en document 2 sur l’annexe page 8/8

à rendre avec la copie. La tangente (T) à l’origine a été tracée.

3.5.1. La vitesse volumique de réaction à la date t est donnée par la relation : où x est l’avancement de la réaction à cette date

et V le volume du mélange réactionnel.

Comment évolue cette vitesse en fonction du temps ? Comment expliquer cette évolution ?

3.5.2. Définir le temps de demi-réaction t ½ et le déterminer approximativement à partir de la courbe x = f (t).

4. La réaction entre le luminol et l’eau oxygénée devient plus rapide en présence d’un composé ferrique.

4.1. Les ions fer III jouent le rôle de catalyseur. Qu’est-ce qu’un catalyseur ?

4.2. Expliquer, en deux ou trois lignes pourquoi cette transformation, dont la vitesse est accrue, est intéressante en criminologie.