Objectif : déterminer la valeur de la concentration c_x d’une solution colorée à l’aide d’une échelle de teintes et d’un spectrophotomètre.

On dispose d’une solution S de diiode à 5,0.10^–2 mol.L^-1. A partir de S, on a préparé 5 solutions étalons en introduisant v mL de S (à la burette) dans des fioles jaugées de 50,0 mL puis on a complété avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge (voir tableau ci- dessous). Les 6 solutions (5 filles et la mère) sont numérotées et au bureau. Compléter le tableau en indiquant les concentrations des solution filles 1, 2, 3,4 et 5. (on expliquera en détails son calcul sur la 3^ème solution).

Chaque groupe remplit ensuite 6 cuves avec chacune des 6 solutions colorées étalons et les dispose par ordre décroissant de concentrations. Comparer la couleur de la solution x (au bureau) versée dans une 7^ème cuve à celles de l’échelle des teintes ainsi réalisée et en déduire un encadrement de la valeur de la concentration c_x

2) Utilisation de l’échelle de teinte et du spectrophotomètre

Principe : toute solution colorée absorbe plus ou moins les radiations lumineuses du spectre du visible. L’absorption d’une radiation lumineuse par une entité chimique (atome, molécule ou ion) dépend en particulier de
la longueur d’onde l de la radiation. La grandeur physique qui caractérise l’absorption est l’absorbance A, mesurée par le spectrophotomètre. C’est une grandeur sans unité.

On se propose d’étudier l’absorption du diiode en solution pour la radiation de longueur d’onde l =600nm. On remarquera que ce n’est pas la longueur d’onde qui correspond au pic d’absorption (situé dans l’ultraviolet). Cela permet de ne pas dépasser les limites de mesure du spectrophotomètre.

Manipulation : Mesurer l’absorbance A₆₀₀ des 6 solutions étalons en suivant le mode d’emploi du spectrophotomètre. La solution de référence qui permet de faire l’étalonnage du spectrophotomètre est une solution de iodure de potassium à 0,50 mol.L^–1 (cette solution incolore est le solvant des solutions colorées. Ceci est exceptionnel : cette solution de référence est très souvent l’eau, solvant des solutions aqueuses ).

• Recopier puis compléter le tableau ci-dessous :

Comme c’était le cas en 1^ère S pour la conductance G d’une solution (conductimétrie), la relation entre l’absorbance A et la concentration permet de tracer une courbe d’étalonnage. Tracer cette courbe A₆₀₀ =f(c) à l’aide de synchronie. On utilisera les fiches méthodes n°1 et 2, on créant les variables A1 pour l’absorbance et c pour la concentration (ne pas mettre d’unité pour la concentration)

• Loi de Beer-Lambert

Cette relation s’écrit : Al =e .L.[X] avec :

• [X] concentration de l’espèce colorée en mol.L^–1
• l épaisseur de solution traversée (= largeur de la cuve en cm)
• e coefficient d’absorption molaire (en Lmol^-1.cm^–1) constante qui dépend essentiellement de l

la largeur des cuves étant constante la loi s’écrit souvent plus simplement sous la forme : Al = k [X ]  avec k coefficient d’absorption en L.moL^–1 , constante qui dépend de la longueur d’onde.

Dans le cas présent, l’espèce colorée est le diiode, [I₂] =c et la loi s’écrit Al = k. c.

L’expérience montre que cette loi n’est pas vérifiée quand l’absorbance est trop grande (A>2) c’est-à-dire pour des solutions colorées trop concentrées.

Pourquoi la courbe d’étalonnage obtenue permet-elle de dire que la loi de Beer-Lambert est bien vérifiée dans le domaine de concentration utilisé ? Par quel fonction peut-on modéliser la courbe obtenue ? Déterminer la valeur du coefficient d’absorption k₆₀₀ à partir de la modélisation (utiliser la fiche méthode n°3 pour modéliser votre courbe)

• Mesurer l’absorbance de la solution x. En déduire graphiquement (ou par le calcul en utilisant la modélisation) la valeur de c_x. Est-elle en accord avec les résultats du 1) ?

Objectif : faire un suivi temporel d’une réaction chimique par spectrophtométrie (2^e exemple de méthode physique)

Il s’agit de la réaction entre les ions iodure I^– (incolores) et les ions peroxodisulfate S₂O₈^2– (incolores) des couples I₂ /I^– et S₂O₈^2– / SO₄^2– . Il se forme du diiode qui donne une teinte jaune puis orangée et brune au fur et à mesure que sa concentration augmente. On se propose de mesurer l’absorbance de cette solution au cours de la réaction et d’en déduire l’évolution des concentration des espèces présentes

• Ecrire les 2 demi- équations de réduction et d’oxydation puis l’équation de cette réaction chimique.

Manipulation :

• Prélever avec précision 10,0 mL d’iodure de potassium à 0,50 mol.L^–1_. Placer ce prélèvement dans un bécher.
• Prélever avec précision puis placer dans un 2^ème bécher 10,0 mL de peroxodisulfate de potassium.

• Verser le contenu du 2^ème bécher dans le premier en déclenchant le chronomètre. Agiter pour homogénéiser.

• remplir rapidement une cuve avec ce mélange et l’introduire dans le spectrophotomètre précédemment réglé pour faire la première mesure à t=1min. Relever les valeurs de l’absorbance A₆₀₀ de la solution dans le tableau :

1. Créer les variables " temps " en (s) et " A2 " (pour l’absorbance) dans le tableur de synchronie puis entrer au clavier les valeurs expérimentales
2. A l’aide de la feuille de calcul de synchronie, calculer la concentration [I₂]du diiode (noté cI2) présent à chaque fois connaissant le coefficient d’absorption k₆₀₀ déterminé précédemment.
3. Tracer (en fenêtre 2) sur synchronie la courbe [I₂] =f(temps). (Menu fenêtres, nouvelles fenêtres, puis menu paramètres, onglets courbes, choisir cI2 puis cocher fenêtres 2, onglets Fenêtres, choisir le temps en abscisses, puis choisir l’échelle en ordonnées : 0 au minimum puis 0.05 en maximum)
4. Commenter l’aspect de la courbe. Quel facteur cinétique met-elle en évidence ? Expliquer.
5. Utiliser la feuille de calcul pour créer puis calculer le nombre de mol de diiode I2 (noté nI2). Faire afficher en fenêtre 3 le graphe nI2=f(temps). (Echelle en ordonnées : Minimum à 0 et le maximum à 0.05). Quel est la valeur du nombre de mol de diiode dans l’état final ?
6. La réaction entre les ions peroxodisulfates S₂O₈^2- et les ions iodures I^- est totale. Compléter le tableau d’avancement suivant connaissant le nombre de mol de diiode dans l’état final et sachant que les ions peroxodisulfates sont limitants. En déduire le nombre de mol initial d’ions peroxodisulfates ainsi que la concentration initiale de la solution de peroxodisulfate de potassium utilisées.

   Etat	avancement	S2O82- + 2 I- ® I2 + 2 SO42-
   Etat initial (en mol)	0
   en cours	x
   Etat final	xf

7. A l’aide de ce tableau d’avancement, créer, calculer puis faire afficher les graphes n_SO4^2-=f(temps) ; n_I^-=f(temps) et n_S2O8^2-=f(temps) sur la fenêtre 3.
8. La vitesse v de réaction est définit par la relation :

Remarque : la dérivée de Y par rapport à X s’écrit avec synchronie sous la forme deriv(Y,X).