TP: Spectrophotométrie : dosage par étalonnage et suivi cinétique d’une réaction d’oxydoréduction

Objectifs

  • Montrer qu’un spectrophotomètre donne une réponse en absorbance linéaire avec la concentration d’une espèce colorée.
  • L’appliquer éventuellement à la détermination de la concentration d’une solution de diiode.
  • Utiliser cette propriété pour le suivi temporel de la réaction d’oxydation des ions iodure par le péroxyde d'hydrogène

Prérequis

  • Notion d’absorbance d’une solution.

Présentation de la démarche

  • Construction d’une courbe d’étalonnage en vue du suivi cinétique. La construction de cette courbe permet de vérifier que l’absorbance A est une fonction linéaire de la concentration molaire de l’espèce qui absorbe.Par ailleurs, elle peut être utilisée pour déterminer la concentration inconnue d’une solution de diiode.
  • Suivi spectrophotométrique d’une transformation chimique ne faisant intervenir qu’une réaction chimique : oxydation des ions iodure par le peroxyde d'hydrogène.
  • Utilisation de la courbe d’étalonnage et du tracé de l’évolution de l’absorbance en fonction du temps pour déterminer l’évolution de la concentration molaire du diiode en fonction du temps.

Matériel et produits
  • 2 fioles jaugées de 100 mL ; 1 fiole jaugée de 50 mL ; 2 fioles jaugées de 25 mL
  • 1 pipette jaugée de 5 mL ; 1 pipette jaugée de 10 mL ; 2 pipettes jaugées de 25 mL
  • 6 bechers de 150 mL
  • 1 spectrophotomètre et cuves
  • Solution de diiode de concentration molaire 4,00.10-3 mol.L-1 dans une solution d’iodure de potassium de concentration molaire 1,0.10-1 mol.L-1
  • Solution de diiode de concentration inconnue

 

  • 1 pipette de 2 mL
  • 1 compte goutte
  • 1 seringue 2mL
  • 1 chronomètre
  • 1 spectrophotomètre ; des cuves
  • 1 ordinateur interfacé
  • Solution d'iodure de potassium 5 mmol/L.
  • Eau oxygénée à 0,1 mol/L
  • Acide sulfurique à 1 mol/L (lunette)
    •

1. Dosage par étalonnage

1. Protocole

Pour une gestion plus facile du TP, chaque groupe de deux élèves prend en charge la réalisation d’une ou deux solutions ; les résultats sont mis en commun et exploités par tous.

2. Réalisation de l'échelle de teintes

  • Réaliser une échelle de teintes à partir de la solution mère de concentration molaire 4,00.10-3 mol.L-1. Les volumes de solution mère prélevés sont à déterminer selon le volume de la fiole jaugée utilisée.
[I2]
(mol.L-1)
4,00.10-3
3,00.10-3
2,00.10-3
1,00.10-3
8,00.10-4
4,00.10-4
0
blanc
Volume de la fiole jaugée (mL)
0
25
50
100
25
100
 
Choix de la pipette
 
 
 
 
 
 
 
A
 
 
 
 
 
 
 
  • Procéder à la mesure de l’absorbance de votre solution.
    Il faut au préalable faire un « blanc », c'est-à-dire mettre de l’eau distillée dans une cuve et attribuer à cette solution la valeur A = 0,0.
    Verser ensuite un peu de votre solution dans une cuve (ne pas toucher les faces traversées par la lumière !), la placer dans le boîtier, et mesurer la valeur de A.
    Remplir le tableau.
  • Tracer la courbe A = f ([I2]).

3. Question

Déterminer, par la méthode d’étalonnage, la concentration inconnue d’une solution officinale de teinture d’iode.

2. Suivi cinétique d'une réaction d'oxydoréduction

On étudie l'avancement de la réaction chimique mettant en présence les deux couples d' oxydo réduction suivants : I2 /I - et H2O2 / H2O.

Il apparaît un produit coloré, le diiode. On suit la réaction grâce à l’apparition de la couleur brune du diiode. Nous allons mesurer l’absorbance de la solution à divers instants et nous en servir pour obtenir la courbe de x= f(t).

La réalisation du mélange entre les ions iodure et le peroxyde d'hydrogène en milieu acide. La réaction a lieu directement dans la cuve du spectrophotomètre.

1. Manipulation

On se place à environ 480 nm.

  • Mettre le logiciel en route, cliquer sur l’icône "spectro"
  • Faire le blanc
  • A l’aide de la pipette, un volume V1 = 2 mL d'une solution peroxyde d'hydrogène de concentration C1 = 0,10 mol.L-1.
  • 5 gouttes d'acide sulfurique molaire (lunettes)
  • Préparer la seringue avec 2 mL d'iodure de potassium de concentration 5  mmol/L.
  • Placer la cuve dans son emplacement, se préparer avec la seringue, demander à un camarade de cliquer sur « démarrer » : dès que l'on a injecté la moitié du contenu de la seringue dans la cuve (cela assure le mélange des réactifs) et refermer immédiatement le capot !
  • Attendre sereinement la fin des mesures
  • Transporter les données dans Regressi

2. Exploitation

  1. Etablir l’équation de la réaction entre l’eau oxygénée et l’ion iodure
  2. Etablir le tableau d’avancement (on notera x l’avancement de la réaction).
  3. Déterminer l’avancement maximal. En déduire la valeur théorique de la concentration en diiode formé lorsque la réaction est terminée.
  4. Déduire la valeur de constante de proportionnalité k entre l'absorbance et la concentration en diiode à partir de Amax. Comparer avec la valeur obtenue à partir de la loi de Beer-Lambert (Amax = k.Cfinal)
  5. Créer la variable avancement x (x=A*V/k)
  6. Tracer le graphe de x = f(t)
  7. Déterminer t1/2
  8. Comparer les deux vitesses à la date t = 0 s et t = 500 s. Commenter