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2015 :

Détails: Catégorie : Exercices du BAC

Donnée : Volume molaire gazeux dans les conditions de l’expérience $V_{0} = 24 L.mol^-1$ . En travaux pratiques, un groupe d’élèves se propose d’étudier la cinétique de la réaction de l’acide chlorhydrique sur le fer. Pour cela, ils introduisent, dans un ballon, de la poudre de fer en excès avant d’ajouter 50 mL d’acide chlorhydrique de concentration molaire 0,1 mol. $L^-1$ . Ils mesurent ensuite le volume V de dihydrogène formé au cours du temps tout en maintenant constante la température du milieu réactionnel. Enfin ils déterminent la concentration molaire des ions hydronium $H_{3}O^{+}$ restant dans la solution dont le volume $V_s$ = 50 mL est considéré comme constant. L’équation-bilan de la réaction s’écrit : $Fe + 2H_{3}O^{+} \longlefrightarrow Fe^{2+} + H_{2} + 2H_{2}O$

2.1. Montrer qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction ; pour cela retrouver l’équation-bilan à partir de demi-équations électroniques et préciser les couples rédox mis en jeu. (0,5 pt)

2.2. En tenant compte de l’équation-bilan, montrer que la concentration des ions $H_{3}O^{+}$ restant en solution à une date t, s’écrit : $[H_{3}O^{+}] = 0,1(1-\frac{V}{60}) V$ avec V volume du dihydrogène formé, en mL, à la date considérée. (0,5 pt)

2.3.1. Recopier le tableau de mesures ci-dessous, le compléter et tracer la courbe $[H_{3}O^{+}]$ = f(t) en utilisant l’échelle : 1 cm $\longrightarrow$ 5 min ; 1 cm $\longrightarrow 1.10^{-2} mol.L^{-1}$ . (0,75 pt)

2.3.2. Définir la vitesse instantanée volumique de disparition des ions $[H_{3}O^{+}]$ à une date t. (0,25 pt)

2.3.3. Déterminer graphiquement la vitesse instantanée volumique de disparition des ions $[H_{3}O^{+}]$ à la date $t_1$ = 10 min puis à $t_2$ = 75 min. (0,75 pt)

2.3.4. Comment évolue la vitesse de disparition des ions $[H_{3}O^{+}]$ au cours du temps ? Justifier
l’évolution de cette vitesse. (0,5 pt)

2.3.5. Déterminer les quantités de matière des ions $Fe^{2+}$ et $[H_{3}O^{+}]$ aux dates $t_1$ = 10 min et $t_2$ = 75 min. (0,5 pt)

Les résultats trouvés pour les ions hydronium $[H_{3}O^{+}]$ sont-ils en accord avec la réponse à la question 2.3.4 ? (0,25 pt)

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