Exercice I De l'importance de l'eau oxygénée 5 points

N° 36 (annales) : DE L'IMPORTANCE DE L'EAU OXYGÉNÉE (7 points) Synthétisée pour la première fois en 1818 par le Baron Louis Jacques
Thénard, l'eau oxygénée ou peroxyde d'hydrogène H2O2 est d'une très grande
utilité et d'une
grande importance économique. Elle est utilisée pour le blanchiment de la
pâte à
papier et des textiles naturels ou synthétiques, le désencrage des vieux
papiers et le traitement des eaux usées. C'est également un antiseptique
pharmaceutique et un
agent de stérilisation en industrie alimentaire.
L'eau oxygénée peut être synthétisée à partir du dihydrogène gazeux et du
dioxygène gazeux par une réaction dont l'équation s'écrit :
H2(g) + O2(g) = H2O2(l) Les parties 1 et 2 sont indépendantes 1. Préparation du dihydrogène par électrolyse
Données : Couples oxydant/réducteur : Cl2(g)/Cl -(aq) ; H+(aq)/H2(g)
Constante d'Avogadro : NA = 6,02.1023 mol-1
Charge électrique élémentaire : e = 1,60.10 - 19 C
Volume molaire dans les conditions de l'expérience : Vm = 30,0 L.mol-1
Le dihydrogène nécessaire à la synthèse de l'eau oxygénée doit être très
pur. Il
est obtenu par électrolyse d'une saumure, c'est-à-dire d'une solution
aqueuse concentrée de chlorure de sodium (Na+(aq) + Cl -(aq)). Le schéma
simplifié du
dispositif est représenté en annexe à rendre avec la copie. 1.1. Identifier l'anode et la cathode sur le schéma de l'annexe à
rendre avec la copie et indiquer le sens de déplacement des
différents porteurs de charge. 1.2. On obtient un dégagement de dichlore à l'anode et de
dihydrogène à la
cathode. Écrire les demi-équations des réactions se produisant
aux électrodes. 1.3. Montrer que pour une intensité du courant I et une durée de
fonctionnement
(t données, le volume de dihydrogène produit à la cathode s'écrit :
[pic] 1.4. L'intensité du courant vaut I = 5,00.104 A, calculer le volume
de dihydrogène produit par heure de fonctionnement. 2. Cinétique de la dismutation de l'eau oxygénée La solution aqueuse d'eau oxygénée se décompose lentement en dioxygène
O2(g) et
en eau selon la réaction d'équation : 2 H2O2(aq) = O2(g) + 2 H2O(l) On veut effectuer le suivi cinétique de cette réaction, supposée totale, à
la
température de 25°C. La décomposition de l'eau oxygénée étant très lente,
celle-ci
doit être catalysée par les ions fer III (Fe3+). À l'instant t = 0, on mélange :
. V = 24 mL de solution aqueuse d'eau oxygénée de concentration molaire
en
soluté apporté c = 2,5 mol.L-1
. 6,0 mL de solution aqueuse de chlorure de fer III (Fe3+(aq) + 3 Cl
-(aq))
. de l'eau distillée jusqu'à obtenir une solution de volume total
VT = 1,0 L Un dispositif permet de recueillir et de mesurer le volume de dioxygène
[pic] dégagé
à la pression atmosphérique P = 1,013.105 Pa. Le volume total de la solution VT = 1,0 L est supposé rester constant au
cours de l'expérience. Les résultats sont consignés dans le tableau suivant : |t (min) |0 |
|État |Avancement |Quantités de matière en mol |
|État initial | | | |Excès |
|En cours de | | | |Excès |
|transformation| | | | |
|État final | | | |Excès | Avancement x en fonction du temps t -----------------------
Electrode nickel Saumure Dégagement gazeux Dégagement gazeux + - Electrode de titane