Exercice A - Cinétique chimique · Bac Physique-Chimie Métropole 2 remplacement 2021

EXERCICE A - L'ENCRE ET SON EFFACEUR

Mots-clés: dosage par étalonnage; cinétique chimique

L’encre bleue utilisée dans les stylos-plume contient, entre autres, du bleu d’aniline qui contribue à sa couleur. C’est cette couleur qui doit disparaître lors de l’utilisation d’un effaceur.

Dans un premier temps, l’objectif de l’exercice est l’étude du bleu d’aniline, la détermination de sa masse dans une cartouche d’encre, et dans un second temps, l’étude de la vitesse de disparition de l’encre lorsqu’on efface.

Pour simplifier, on note, dans la suite de l'exercice, le bleu d'aniline $(2\text{ Na}^+(\text{aq})\,;\ \text{HBleu}^{2-}(\text{aq}))$. On suppose que seuls les ions $\text{HBleu}^{2-}(\text{aq})$ sont responsables de la couleur de l'encre.

Données:

masses molaires en $\text{g}\cdot\text{mol}^{-1}$: hydrogène · oxygène · sodium · soufre · bleu d’aniline

1,0 · 16,0 · 23,0 · 32,0 · 737,7

couple oxydant / réducteur associé au bleu d'aniline: $\text{HBleu}^{2-}(\text{aq}) / \text{H}_3\text{Bleu}^{2-}(\text{aq})$;

couple oxydant / réducteur hydrogénosulfate / hydrogénosulfite: $\text{HSO}_4^-(\text{aq}) / \text{HSO}_3^-(\text{aq})$;

les solutions aqueuses d'ions $\text{H}_3\text{Bleu}^{2-}(\text{aq})$, $\text{HSO}_4^-(\text{aq})$ et $\text{HSO}_3^-(\text{aq})$ sont incolores.

2. Étude de l'effacement de l'encre

L'effaceur d'encre contient une solution d'hydrogénosulfite de sodium qui réagit avec le bleu d'aniline. On souhaite étudier la transformation qui a lieu lorsqu'on efface l'encre à l'aide de l'effaceur.

2.1.

Établir l'équation de la réaction modélisant la transformation entre les ions $HSO_3^-(aq)$ et les ions $HBleu^{2-}(aq)$.

2.2.

Justifier l'utilité de la présence dans l'effaceur d'une solution contenant des ions hydrogénosulfite.

Pour étudier la cinétique de cette transformation, on réalise le protocole suivant:

on prépare 100,0 mL d'une solution d'encre en mettant 5 gouttes d'encre qu'on dilue dans une fiole jaugée que l'on complète avec de l'eau;

on mélange 4 mL de la solution d'encre avec 1 mL de solution aqueuse d'hydrogénosulfite de sodium de concentration $9{,}0\times10^{-2}\ \mathrm{mol \cdot L^{-1}}$;

on suit l'évolution de l'absorbance de la solution $S_{mélange}$ obtenue en fonction du temps (figure 5).

Figure 5. Évolution de l'absorbance de la solution $S_{mélange}$ en fonction du temps, à la longueur d'onde retenue pour l'étude

2.3.

Une cartouche d'encre de 0,75 mL contient 25 mg de bleu d'aniline. Sachant que 20 gouttes d'encre ont un volume de 1 mL, déterminer le réactif limitant de la transformation. Commenter.

Le candidat est invité à prendre des initiatives et à présenter la démarche suivie, même si elle n'a pas abouti. La démarche est évaluée et nécessite d'être correctement présentée. Cette question est indépendante de la suite de l'étude.

2.4.

Estimer le temps de demi-réaction. Commenter le résultat.