I- exercice 14 page 302.

1)- Les couples qui interviennent :

-  Potentiels d’oxydoréduction des différents couples : OX / Red :

-  S₂O₈^{2 –} _(aq)  / SO₄^{2 –} _(aq)   ; E⁰₁ = 2,01 V

-  I_{2 (aq)} / I^– _(aq)   ; E⁰₂ = 0,54 V 

-  Les réactifs sont les ions iodure et les ions peroxodisulfate.

-  Les ions peroxodisulfate (oxydant du couple S₂O₈^{2 –} _(aq)  / SO₄^{2 –} _(aq) ) sont réduits et les ions iodure (réducteur du couple  I_{2 (aq)} / I^– _(aq)) sont oxydés.

2)- Équation de la réaction (1).

-  La réaction est quasi-totale mais lente à la température ambiante.

3)- La catalyse :

-  Réaction 2 : 

-  Réaction 3 :

-  L’association des réactions (2) et (3) donne la réaction (1).

-  On s’aperçoit que les ions fer III participent aux réactions intermédiaires mais sont régénérés en fin de réaction. 

-  Ils n’apparaissent pas dans le bilan de la réaction (1). Ils catalysent la réaction (1).

-  On remplace une réaction lente par deux réactions rapides.

-  C’est le couple : Fe³⁺ /  Fe²⁺ qui intervient.

-  Ici, on a remplacé une réaction lente par deux réactions rapides.

-  Les ions fer II ont participé aux réactions 1 et 2, mais ils n’interviennent pas dans le bilan global de la réaction.

-  Ils ont été régénérés en fin de réaction.

-  On dit que les ions fer II ont catalysé la réaction entre les ions peroxodisulfate et les ions iodure.

-  Ils ont accéléré la réaction : l’ion fer II est un catalyseur de la réaction.

-  Remarque : on peut aussi catalyser cette réaction avec les ions fer III.

4)- Expériences :

Expérience 1 :

-  bécher A contenant 25 mL de solution aqueuse d’iodure de potassium.

-  À l’instant t = 0, on verse 25 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium de concentration C = 0,10 mol / L.

-  bécher B contenant 25 mL de solution aqueuse d’iodure de potassium.

-  À l’instant t = 0, on verse 25 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium de concentration C = 0,10 mol / L

-  et 10 gouttes d’une solution de chlorure de fer III de concentration C =  1,0 mol / L.

-  bécher C contenant 25 mL de solution aqueuse d’iodure de potassium.

-  À l’instant t = 0, on verse 25 mL d’une solution de peroxodisulfate de potassium de concentration C = 0,10 mol / L

-  et 20 gouttes d’une solution de chlorure de fer III de concentration C =  1,0 mol / L.

-  On observe l’évolution au cours du temps des différents mélanges réactionnels et on tire les conclusions.

II- Exercice 18 page 302.

1)- La 2, 4 – DNPH permet de mettre en évidence la présence du groupe carbonyle  commun aux aldéhydes et aux cétones.

-  Le réactif de SCHIFF permet d’identifier le groupe aldéhyde .

2)- Les réactions :

-  Déshydratation de l’éthanol :

-  Déshydrogénation de l’éthanol : 

3)- Ces deux transformations mettent en évidence la sélectivités des catalyseurs.

III- Exercice 21 page 305.

1)- L’uréase est une enzyme  qui catalyse la transformation de l’urée en carbonate d’ammonium.

2)- Vitesses de la réaction.

-  Par définition :

-  La vitesse volumique de réaction v (t) à la date t, est la dérivée par rapport au temps,

-  Du rapport entre l’avancement x de la réaction et le volume V du milieu réactionnel.

-  Relation :

-  avancement de la réaction :   x: mol

-  volume du milieu réactionnel : V: L

-  Vitesse volumique de réaction : v (t) : mol / L / s

-  Tableau d’avancement de la réaction :

-  À chaque instant t, dans le mélange réactionnel, la quantité de matière d’urée restant est liée à  l’avancement temporel de la réaction par la relation : 

-  x (t) = n₀ – n

-   

-  Détermination graphique de la valeur de la vitesse à l’instant t.

-  La vitesse volumique de la réaction à la date t₁ est égale à l’opposée de la valeur du coefficient directeur de la tangente à la courbe C au point M₁ d’abscisse t₁.

-  On trace la tangente à la courbe à l’instant considéré. La valeur de la vitesse est égale à l’opposée de la valeur du coefficient directeur de cette tangente.

-  Valeur de la vitesse au temps t₁ = 10 min.

-  

-  Valeur de la vitesse au temps t₂ = 60 min.

-  La tangente est horizontale.

-  La vitesse est nulle. La réaction est terminée.

-  

3)- Composition du mélange réactionnel à l’équilibre.

-  La réaction chimique est terminée au bout de 50 min environ.

- Tableau d’avancement de la réaction :  considérons que l’on travaille avec un litre de solution

-  À l’équilibre, [Urée] ≈ 0,32 mol / L ; [NH₄⁺] ≈ 1,36 mol / L et  [CO₃^{2 –}] ≈ 0,68 mol / L

-  Taux d’avancement de la réaction :

IV- Exercice 23 page 306. étude d’un produit d’entretien de lentille.

1)- Stabilité du peroxyde d’hydrogène.

a)- L’eau oxygénée peut subir une dismutation et jouer le rôle de réducteur et d’oxydant dans la même réaction :

-  Les deux couples mise en jeu :

-  Couple 1 : H₂O_{2  (aq)} / 2 H₂O _(ℓ)

-  Couple 2  : O_{2  (g)} / H₂O_{2  (aq)}

b)- La dismutation du peroxyde d’hydrogène produit du dioxygène qui réagit au fur et à mesure qu’il se forme.

-  C’est à cet instant qu’il est le plus réactif.

2)- Entretien des lentilles de contact.

-  Première phase :

-  le comprimé produit par dismutation du peroxyde d’hydrogène du dioxygène qui a des propriétés antiseptiques

-  et une action mécanique sur le nettoyage grâce à l’effervescence.

-  Seconde phase :

-  Le comprimé libère la catalase (après 20 min).

-  La catalase permet la décomposition rapide par catalyse du peroxyde d’hydrogène qui n’a pas réagi.

3)- Étude cinétique.

a)- Concentration de la solution après 20 min.

-  La lecture graphique indique que la concentration de la solution 2,1 %.

-  Comme : 2,1 % > 0,05 %, la solution est dangereuse pour les yeux.

-  Les lentilles ne peuvent pas être portées.

-  Concentration de la solution : 

-  La solution contient 2,1 g de H₂O₂  pour 100 mL de solution.

-  

b)- temps de demi-réaction :

-  Le temps de demi-réaction, noté t_1/2, est la durée au bout de laquelle l’avancement de la réaction est égal à la moitié de sa valeur finale.

-  En fin de réaction, le peroxyde d’hydrogène a totalement réagi.

-  Au bout de t_1/2, la concentration en peroxyde d’hydrogène est de 1,5 %.

-  Par lecture graphique, t _1/2  ≈ 24 min.

c)- Définition de la vitesse de réaction.

-  La vitesse volumique de réaction v (t) à la date t, est la dérivée par rapport au temps,

-  Du rapport entre l’avancement x de la réaction et le volume V du milieu réactionnel.

-  Relation :

-  avancement de la réaction :   x: mol

-  volume du milieu réactionnel : V: L

-  Vitesse volumique de réaction : v(t) : mol / L / s

-  À chaque instant t, dans le mélange réactionnel, la quantité de matière de peroxyde d’hydrogène restant est liée à l’avancement temporel de la réaction par la relation :

-   .

- 

-  On peut déterminer les valeurs des vitesses par la méthode des tangentes.

-  On trace la tangente à la courbe à l’instant considéré.

- La valeur de la vitesse est égale à l’opposée  de la moitié de la valeur du coefficient directeur de cette tangente.

-  Vitesse à t₁ = 10 min.

-  

-  

-  Vitesse à t₁ = 30 min.

-  

-  

d)- à partir de t = 20 min, la catalase est libérée et de ce fait catalyse la réaction de dismutation du peroxyde d’hydrogène

-  et provoque une augmentation de la vitesse de la réaction.

V- Exercice 29 page 309.

1)- La réaction catalysée.

a)- Équation de la réaction.

-  L’eau oxygénée peut subir une dismutation et jouer le rôle de réducteur et d’oxydant dans la même réaction :

-  Les deux couples mise en jeu :

-  Couple 1 : H₂O_{2  (aq)} / 2 H₂O _(ℓ)

-  Couple 2  : O_{2  (g)} / H₂O_{2  (aq)}

b)- Le catalyseur : Un catalyseur est une substance qui accélère une réaction sans entrer dans le bilan de la réaction et sans modifier l’état final du système.

2)- Influence de la quantité de catalyseur.

a)- Origine expérimentale de la différence.

-  Pour les groupes A et D, la quantité d’eau  ajoutée est sensiblement la même.

-  le groupe D a mis 5 fois plus de catalyseur.

b)- La vitesse de la réaction augmente avec la quantité de catalyseur ajouté.

3)- Étude cinétique.

a)- Les courbes : H₂O₂  = f (t)

b)- Résultats du groupe C.

-  Tableau de valeurs :

c)- Vitesse à t = 20 min.

-  La vitesse volumique de réaction v (t) à la date t, est la dérivée par rapport au temps,

-  Du rapport entre l’avancement x de la réaction et le volume V du milieu réactionnel.

-  Relation :

-  avancement de la réaction :   x: mol

-  volume du milieu réactionnel : V: L

-  Vitesse volumique de réaction : v (t) : mol / L / s

-  À chaque instant t, dans le mélange réactionnel, la quantité de matière de peroxyde d’hydrogène restant est liée à l’avancement temporel de la réaction par la relation :

-   .

-  

-  On peut déterminer les valeurs des vitesses par la méthode des tangentes.

-  On trace la tangente à la courbe à l’instant considéré.

-  La valeur de la vitesse est égale à l’opposée de la moitié de la valeur du coefficient directeur de cette tangente.

-  

4)- Choix de la quantité de catalyseur.

a)- Comme on veut  que la réaction soit terminée en une heure, il faut utiliser le mélange correspondant à la courbe C.

b)- Le volume de solution catalytique est V₂ = 3 mL.