EXERCICE II L'EAU DE JAVEL 6,5 pts

Antilles Guyane 2008 EXERCICE II L'EAU DE JAVEL (6,5 points)
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1. Préparation du dichlore
1.1. 2Cl-(aq) = Cl2(aq) + 2e-, cette transformation fournit des
électrons, il s'agit d'une oxydation.
1.2. Un oxydation a lieu à l'anode. 1.3. D'après la demi-équation précédente, il y a deux moles d'électrons
échangés pour une mole de molécules de dichlore, soit ne = 2.n(Cl2).
ne = 2×5,25×10-1 = 1,05 mol
Or Q = ne.F = I.(t donc I = [pic]
I = [pic]= 18,8 A
2. Décomposition de l'eau de Javel
Remarque : l'équation proposée surprend car le réactif eau n'y apparaît
pas, voyons pourquoi :
ClO-(aq) + 2e- + 2H+(aq) = Cl- + H2O(l) (2 réduction de l'ion
hypochlorite
2H2O(l) = O2(g) + 4e- + 4H+(aq) oxydation de l'eau
2ClO-(aq) + 4H+(aq) + 2 H2O(l) = 2 Cl-(aq) + 2H2O(l) + 4H+(aq) + O2(g)
en simplifiant pour H+(aq) et H2O(l) on retrouve l'équation : 2ClO-(aq) = 2
Cl-(aq) + O2(g) 2.1.1. Un catalyseur est une espèce chimique capable d'accélérer une
réaction chimique sans pour autant apparaître dans l'équation.
2.1.2. On veut effectuer une dilution : solution mère S0 : c0
solution fille S1 : c1 = c0 /4
V0 à prélever V1
= 100 mL
Au cours de la dilution la quantité de matière de soluté ne varie pas :
c1.V1 = c0.V0
c0.V0 = (c0 /4).V1
soit V0 = V1 / 4
Pour effectuer la dilution, il faut de la verrerie de précision donc
jaugée ; soit une pipette jaugée
de 25,0 mL et une fiole jaugée de 100 mL. Il s'agit du lot n°4.
2.2.1. D'après l'équation x = n(O2) donc Pmes = P0 + x.[pic]
x = [pic]
x = [pic]
x = [pic] convertir VB en m3
x = 5,0(10-7.(P 2.2.2.
xf est proportionnel à (Pf = 40000 Pa
xf = 5,0(10-7.(Pf
xf = 5,0(10-7(40000 = 2,0(10-2 mol
2.2.3. Le temps de demi-réaction correspond à la durée nécessaire pour que
l'avancement atteigne la moitié de sa valeur finale, soit ici également
[pic] = 20000 Pa t1/2 = 6(101 s
2.2.4. Vr = [pic] Donc Vr s'exprime en mol.L-1.s-1 2.2.5. Vf = [pic] = [pic]= [pic] = [pic]
2.2.6. La vitesse diminue au cours du temps car elle est proportionnelle au
coefficient directeur de la tangente à la courbe (P = f(t) à chaque
instant. Or celui-ci diminue au cours du temps. (voir courbe) 3. Conservation de l'eau de Javel
3.1. La transformation est totale donc n(Cl2)conso = n(ClO-)formée.
Un litre d'eau de Javel contient donc 2,10 mol de ClO-, soit c0 = 2,10
mol.L-1 (la concentration d'un berlingot est la même que celle d'une
bouteille d'un litre).
c1 = [pic]
c1 = 0,525 mol.L-1 3.2. n1 = n(ClO-) = c1.V1
n1 = 0,525(100(10-3 = 5,25(10-2 mol 3.3. Pour t = 10 min = 600 s, on lit sur la figure 3 (P = (Pf = 40000 Pa
Soit x = xf = 2,0(10-2 mol. |équation chimique | 2ClO-(aq) = 2 Cl-(aq) + O2(g) |
|État du |Avancement|Quantités de matière (mol) |
|système |(mol) | |
|État initial|x = 0 |n1 = 5,25(10-2 |0 |0 |
|En cours de |x |n1 - 2x |2x |x |
|transformati| | | | |
|on | | | | |
|État final |xf |n(ClO-)restant = |2xf |xf = 2,0(10-2 |
|t = 600 s | |n1 - 2xf | | |
n(ClO-)restant = 5,25(10-2 - 2(2,0(10-2 = 1,25(10-2
mol 3.4. Les calculs effectués (*) font penser que l'eau de Javel se décompose
en grande partie après seulement 10 minutes, mais attention c'est parce
qu'un catalyseur (Co2+(aq)) a été utilisé.
L'énoncé indique en 2.1.1. que la décomposition de l'eau de Javel est une
réaction très lente.
L'eau de Javel achetée dans le commerce ne contient évidemment pas d'ion
Co2+(aq), elle se conserve bien plus longtemps qu'une dizaine de minutes. (*)complément : n(ClO-)initiale = n1 = 5,25(10-2 et n(ClO-)restant =
1,25(10-2 mol
% ClO- décomposé = [pic] = 76,2 % avec catalyseur et en seulement 10 min.
Pour en savoir plus : Société française de chimie :
http://www.sfc.fr/Donnees/mine/javl/texjavl.htm Bulletin de l'Union des physiciens :
Guy Durliat, Jean-Louis Vignes, Jean-Noël Joffin, BUP, n°792, 91 (1997) 451
http://udppc.asso.fr/bupdoc/textes/1997/07920451.PDF
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(Pf = t1/2 en L en mol en s en mol en L [pic] 3.3.