Exercice 1 - Cinétique chimique · Bac Physique-Chimie Métropole Secours 2026 (sujet 2)

3. Modélisation des propriétés antioxydantes de la tomate

Dans le corps humain, la dégradation des molécules organiques des cellules peut se faire par des espèces appelées « radicaux libres », qui sont des oxydants puissants. Cette dégradation contribue au vieillissement cellulaire; le lycopène peut être utilisé pour le combattre.

Dans cette partie, on modélise le vieillissement par une réaction d'oxydoréduction simple qu'on appelle « réaction modèle ». Cette transformation est considérée comme totale et fait intervenir les ions peroxodisulfate $\text{S}_2\text{O}_8^{2-}$ et les ions iodure $\text{I}^-$.

L'équation de réaction est:

$$2\,\text{I}^-(\text{aq}) + \text{S}_2\text{O}_8^{2-}(\text{aq}) \rightarrow \text{I}_2(\text{aq}) + 2\,\text{SO}_4^{2-}(\text{aq})$$

On veut étudier l'influence de la présence de lycopène sur la transformation chimique. Dans un premier temps, on suit l'évolution temporelle de la « réaction modèle » sans ajout de lycopène.

On introduit dans un bécher 20 mL d'eau distillée et 5 mL de solution d'iodure de potassium de concentration égale à $C = 1{,}0\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. Puis, on y ajoute le plus rapidement possible un volume $V = 5{,}0\ \text{mL}$ d'une solution de peroxodisulfate de sodium de concentration en ions peroxodisulfate $[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}]_i = 0{,}017\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$.

On déclenche le chronomètre à cet instant. Une série de mesures permet de suivre l'évolution temporelle de la concentration en ions peroxodisulfate dans le mélange. On obtient alors les résultats présentés en figure 3 ci-dessous:

Q11.

Définir le temps de demi-réaction noté $t_{1/2}$.

Q12.

Déterminer graphiquement sa valeur.

L'exploitation des résultats permet d'obtenir le graphique ci-dessous représentant la vitesse de disparition des ions peroxodisulfate en fonction de leur concentration.

Q13.

Définir la vitesse volumique de disparition des ions peroxodisulfate.

Q14.

Discuter la compatibilité des résultats présentés en figure 4 avec le modèle d'une réaction dont la cinétique est d'ordre 1.

Pour étudier l'influence du lycopène sur la « réaction modèle », on broie finement une tomate à laquelle on ajoute de l'eau distillée. On réalise une filtration sous vide: le filtrat obtenu est une eau de tomate.

On prépare quatre solutions en effectuant les mélanges indiqués dans le tableau suivant. La solution A est la même solution que celle ayant servi à l'étude précédente de la « réaction modèle », sans ajout de lycopène.

Solution A

Solution B

Solution C

Solution D

Volume en mL de solution d'iodure de potassium ($\text{K}^+\text{(aq)}; \text{I}^-\text{(aq)}$) de concentration égale à $1{,}0\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$

5,0

5,0

5,0

5,0

Volume d'eau de tomate en mL

0

5,0

10,0

20,0

Volume d'eau distillée en mL

20,0

15,0

10,0

0

Dans chacune des solutions préparées, on introduit le plus rapidement possible $5{,}0\ \text{mL}$ d'une solution de peroxodisulfate de sodium de concentration en ions peroxodisulfate $[\text{S}_2\text{O}_8^{2-}] = 0{,}017\ \text{mol}\cdot\text{L}^{-1}$. On déclenche le chronomètre à cet instant, puis on détermine l'évolution de la concentration en diiode pour chacune des expériences, respectivement appelées expériences A, B, C et D. Les résultats sont présentés en figure 5.

Q15.

Expliquer qualitativement la présence d'un palier au début des courbes associées aux expériences B, C et D.

Q16.

Déterminer le réactif limitant de la « réaction modèle » dans l'étude menée avec la solution A.

Q17.

Retrouver, par le calcul, la valeur finale de la concentration en diiode de l'expérience avec la solution A.

Le réactif limitant des expériences B, C et D est le même que celui de l'expérience A.

Q18.

Comparer graphiquement les concentrations finales de diiode obtenues pour les expériences B, C et D, par rapport à celle obtenue dans l'expérience A. Commenter au regard de la quantité d'eau de tomate utilisée.

Q19.

À partir du graphique, déterminer la quantité de matière d'ions peroxodisulfate ayant réagi avec le lycopène pour la solution D.

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.

Le lycopène est vendu sous forme de compléments alimentaires pour son pouvoir anti-oxydant.

Q20.

En analysant les résultats obtenus, justifier cet argument de vente.