Etude spectrophotométrique de la réaction entre les ions Fe3+ et le cuivre.
- Principe.
La réaction entre le cuivre métallique et les ions fer III (jaunes en solution aqueuse acide) produit des ions cuivre Cu2+ (bleus en solution aqueuse acide) et des ions Fe2+ incolores. Une solution de sulfate de cuivre présente un maximum d'absorbance pour λ=810 à 820nm. En suivant l'évolution au cours du temps de l'absorbance de la solution à 820nm, on peut donc suivre l'évolution de son avancement.
On prélève régulièrement des échantillons de la solution. Le prélèvement sépare les réactifs, le cuivre solide restant dans le milieu réactionnel : l'absorbance des divers échantillons peut être mesurée à n'importe quelle date après leur prélèvement.
- Manipulation :
- Dès le début du TP placer dans un bain-marie sur l'agitateur magnétique chauffant l'erlenmeyer contenant 200mL de solution de sulfate de fer III , fixé à l'aide de l'ensemble potence, noix, pince. Chauffer en agitant, jusqu'à obtenir une température stable d'environ 50°.
A t=0, la température de la solution étant stabilisée, ajouter quelques copeaux de cuivre.
Boucher l'erlenmeyer avec le bouchon traversé par un long tube de verre servant de réfrigérant sommaire limitant la concentration par évaporation.
- Effectuer ensuite régulièrement (toutes les 5mn pendant 45mn, puis toutes les 10mn jusqu'à t=75mn) un prélèvement de 10mL environ de solution, à l'aide de la pipette. On prélève d'abord un peu de solution que l'on jette pour rincer la pipette, puis le prélèvement proprement dit, que l'on conserve dans un tube à essai.
- Mesures d'absorbance
- Faire le 'zéro' du spectrophotomètre pour λ=810nm avec de l'eau distillée
- Mesure l'absorbance de la solution de sulfate de fer initiale et celle de la solution de sulfate de cuivre 0,1mol.L-1 à cette longueur d'onde.
(si on réutilise plusieurs fois la même cuve, la rincer avec un peu de la solution dont on mesure l'absorbance avant de la remplir avec cette même solution).
- Mesurer ensuite l'absorbance de chacun des prélèvements.
- Ecrire l'équation chimique associée à la réaction.
- Déterminer la relation entre [Cu2+] et l'avancement x de la réaction pour un volume V de milieu réactionnel.
- Exploitation des résultats
- A l'aide d'un tableur-grapheur, déterminer à partir des mesures effectuées les concentrations en ions Cu2+ dans les prélèvements et tracer le graphe [Cu2+]=f(t).
- Déterminer à l'aide du tableur les valeurs approchées de la vitesse de réaction aux dates des prélèvements et tracer le graphe v=f(t).
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