Exercice n°3 Bac Stl BGB 2005

E° (0₂ / H₂0₂ ) = 0,68 V

E° (H₂0₂ / H₂0 ) = 1,77 V

Les lentilles de contact souples doivent être retirées quotidiennement.

Sur la notice d’un système commercial d’entretien on peut lire :

Le système commercial X permet de réaliser la décontamination des lentilles et l’élimination de la solution désinfectante selon le processus suivant :

- la solution de peroxyde d’hydrogène (ou eau oxygénée) décontamine les lentilles en éliminant les germes pathogènes

- un disque catalytique recouvert de platine situé à l’extrémité du porte lentilles permet d’éliminer le peroxyde d’hydrogène en le transformant en eau et en dioxygène.

- Après 6 heures de traitement, les lentilles de contact peuvent être posées directement sur les yeux.

1) Ecrire les demi-équations électroniques des couples mises en jeu dans la décomposition du peroxyde d’hydrogène, puis l’équation de la réaction.

2) Le platine est un catalyseur pour la décomposition du peroxyde d’hydrogène

2.1) Donner le définition d’un catalyseur

2.2) Pourquoi qualifie t-on d’hétérogène la catalyse par le platine ?

2.3) Pourquoi faut il quelques heures de traitement avant de poser les lentilles sur les yeux

3) L’étude cinétique de la transformation est menée à température ambiante.

A l’instant t = 0, le disque de platine est introduit dans un volume Vs = 50 mL de la solution de peroxyde d’hydrogène. On détermine à chaque instant le volume de dioxygène dégagé et on en déduit la concentration molaire en peroxyde d’hydrogène restant. Les résultats sont les suivants :

t (min)	0	10	20	30	40	50	60	70	80	90
[H2O2] mmol.L^-1	91	78	67	58	49	42	36	32	28	25

3.1) tracer la courbe [H₂O₂] = f(t).

3.2) Déterminer graphiquement la valeur de la disparition de l’eau oxygénée à t = 0 min.

3.3) Définir puis déterminer graphiquement le temps de demi-réaction.

3.4) Indiquer la méthode à suivre pour montrer que la réaction de décomposition est d’ordre 1 par rapport au peroxyde d’hydrogène.

Corrigé

1. Réaction rédox :

Demi-équations électroniques :

H₂O₂ + 2H⁺ + 2é = 2 H₂O

H₂O₂ = O₂ + 2H⁺ + 2é

On obtient le gamma suivant (1) + (2) : 2 H₂O₂ = 2H₂O + O₂

2. Catalyse.

2.1 Un catalyseur accélère une réaction chimique et n’entre pas dans le bilan de la réaction (équation de réaction). Il est régénéré en fin de réaction.

2.2 Le platine est un solide alors que le reste des réactifs est sous forme liquide. Catalyseur et réactifs ne sont pas dans le même état physique : la catalyse est hétérogène.

2.3 La décomposition du peroxyde d’hydrogène est une réaction lente. Même catalysée, il faut attendre suffisamment pour que la concentration en H₂O₂ soit suffisamment faible pour que les lentilles puissent être mises sur les yeux.

3. Etude cinétique. On note C la concentration de H₂O₂.

3.1 On obtient le graphe suivant :

3.2 La valeur de la vitesse instantanée à t=0 correspond à la valeur absolue du coefficient directeur de la tangente à la courbe C = f(t) à cet instant.

Le coefficient directeur de la tangente est a = = -1.33 mol.L^-1.min^-1.

On en déduit que V₀ = |a| = 1.33 mol.L^-1.min^-1.

3.3 Le temps de demi-réaction, t_1/2 est la durée au bout de laquelle la concentration initiale a été divisée par deux. On peut la lire directement sur le graphique.

Soit t_1/2 = 45 minutes.

3.4 Il faut tracer ln (C) = f(t). Si on obtient une droite, cela signifie que la réaction est d’ordre 1.