Mettre en évidence un facteur cinétique - Exemple 2

Les ions thiosulfate \(\text {S}_2\text {O}_3^\text{2-}\) sont utilisés en chimie, notamment comme réactif titrant pour les dosages par titrage des ions iodure. Ces ions sont cependant instables en milieu trop acide et se dismutent en particules solides de soufre, en eau et en dioxyde de soufre. Le milieu réactionnel devient petit à petit opaque. L'équation de la réaction est la suivante : \(\text {S}_2\text {O}_3^{2-}\text{(aq)}+2\text{H}^\text{+}\text{(aq)}\longrightarrow \text {S}\text{(s)}+\text {H}_2\text {O(}\ell)+\text {S}\text {O}_2\text{(aq)}\).

Cette réaction est parfois recherchée, notamment pour simuler un coucher de soleil (vous trouverez facilement des vidéos de cette expérience), mais elle peut être problématique si on veut utiliser les ions thiosulfate comme réactif titrant en milieu trop acide.

Objectif : montrer que la concentration initiale en ions thiosulfate est un facteur cinétique de sa réaction de dismutation en milieu acide.

Remarque importante : pour repérer un temps commun à chacune des expériences que vous allez réaliser, on vous propose de positionner une feuille blanche avec un point coloré dessiné dessus derrière chacun des béchers. Vous considérez que la réaction est terminée quand ce point disparaît par transparence.

Conseils pour les ECE

• Le protocole proposé doit mettre en évidence un facteur cinétique, il faut donc que tous les autres facteurs cinétiques supposés soient identiques d'une expérience à l'autre. La présence ou l'absence de catalyseur doit aussi être commune d'une expérience à l'autre. Ici, le solvant et la concentration initiale en ion oxonium doivent être identiques d'une expérience à l'autre.
  
• Si vous mesurez une durée, il faut choisir le même critère pour chaque expérience. Si vous faites des mesures quantitatives au cours du temps, le temps de demi-réaction est souvent un critère pertinent pour comparer la durée de différentes transformations chimiques. Ici, la disparition du point coloré par transparence est le critère commun pour mesurer les durées. 

Matériel mis à votre disposition

• Trois béchers de `100\ "mL"`
  
• Un thermomètre
• Trois chronomètres
• Trois barreaux aimantés et trois agitateurs magnétiques
• Six éprouvettes graduées de `50\ "mL"`
  
• Une solution aqueuse de thiosulfate de sodium à `0,05\ "mol·L"^-1`
  
• Une solution aqueuse de thiosulfate de sodium à `0,1\ "mol·L"^-1`
  
• Une solution aqueuse de thiosulfate de sodium à `0,5\ "mol·L"^-1`
  
• Une solution d'acide chlorhydrique à `0,1\ "mol·L"^-1`
  
• Une feuille blanche et un feutre

1. Proposer un protocole expérimental permettant de mettre en évidence que la concentration initiale en ion thiosulfate est un facteur cinétique de la réaction de dismutation décrite en introduction.

2. Réaliser ce protocole.

Résultats bruts de la question 2

La vidéo ci-dessous a été accélérée 5 fois, la concentration initiale en ion thiosulfate augmente de gauche à droite.

La température mesurée de 21,5 °C est identique pour les trois béchers. Pour le premier bécher, on mesure une durée de 140 s ; pour le deuxième une durée de 62 s ; pour le troisième une durée de 13 s.

3. Montrer que la concentration initiale en ion thiosulfate est un facteur cinétique de la réaction de dismutation décrite en introduction.