2013 : Décomposition eau oxygénée

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Terminale S2

2013 : Décomposition eau oxygénée

Détails: Catégorie : Exercices du BAC

L’eau oxygénée ou péroxyde d’hydrogène, $H_{2}O_{2}$ , est utilisée au laboratoire mais aussi dans la vie
courante pour la décoloration des cheveux, la désinfection des plaies…

Elle se décompose spontanément mais lentement en dioxygène et en eau. Cette décomposition est
accélérée par certains facteurs comme l’exposition à la lumière, la présence d’ions fer (II), d’ions fer (III),
de platine. On se propose d’étudier la cinétique de la réaction de décomposition du peroxyde
d’hydrogène en présence d’ions fer (III).

2.1. Préciser le rôle des ions fer (III). (0,25 point)

2.2. Afin de suivre l’évolution de cette réaction, on effectue des prélèvements du mélange réactionnel,
de volume V0 =10,00 mL à intervalles de temps réguliers et on dose immédiatement le peroxyde
d’hydrogène restant de chaque prélèvement à l’aide d’une solution de permanganate de potassium
fraîchement préparée de concentration $C = 1,5.10^{-2} mol.L^{-1}$ . On opère en milieu acide. Les ions $MnO_{4}^{-}$ sont alors réduits en ions $Mn^{2+}$ par l’eau oxygénée. L’équation-bilan de la réaction est :

$2 MnO_{4}^{-} + 5 H_{2}O_{2} + 6 H_{3}O +\rightarrow 2 Mn^{2+} + 5 O_{2} + 14 H_{2}O$

Retrouver cette équation-bilan en écrivant les demi-équations redox sachant que les couples mis en jeu sont : $MnO_4^{-}/Mn_{2}^{+}$ et $O_{2}/ H_{2}O_{2}$ (0,5 point)

2.3. Pour chaque prélèvement, on relève la date t et on note le volume V de la solution de permanganate
de potassium qu’il faut pour atteindre l’équivalence d’oxydoréduction. On obtient le tableau suivant :

2.3.1. Montrer que la concentration $[H_{2}O_{2}]$ restante de chaque prélèvement peut s’exprimer par la
relation : $[H_{2}O_{2}] =\frac{5CV}{2V_{0}}$ (01 point)

2.3.2. Compléter le tableau ci-dessus et tracer la courbe donnant $[H_{2}O_{2}]$ restante en fonction du temps.
Echelles : 1 cm pour 50 s et 1 cm pour $3.10^{-3} mol.L^{-1}$ . (01 point)

2.4.

2.4.1. Déterminer graphiquement les vitesses instantanées de disparition du péroxyde d’hydrogène aux dates $t_{0}$ = 0 s et $t_{2}$ = 750 s. Justifier l’évolution de la vitesse. (01 point)

2.4.2. Représenter sur le même système d’axes l’allure de la courbe $[H_{2}O_{2}] = f(t)$ sans la présence des ions fer (III), les conditions initiales étant conservées. (0,25 point)

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