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Pour exécuter une saisie Python, sélectionner la cellule et valider avec SHIFT+Entrée.

Avancement d'une réaction chimique¶

Dans cette activité, on s'intéresse à la réaction d'équation:

$ \mathrm{I}_2 + 2\mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-} \longrightarrow 2\mathrm{I}^- + \mathrm{S}_4\mathrm{O}_6^{2-}$
(toutes les espèces sont en milieu aqueux)

Dans le système chimique étudié, seul le diiode $ \mathrm{I}_2$ est une espèce colorée (en jaune-orangé).

L'animation ci-dessous permet de simuler le mélange d'une solution de volume $\mathrm{V}_1$ et de concentration $\mathrm{C}_1$ en diiode $\mathrm{I}_2$, et d'une solution de volume $\mathrm{V}_2$ et de concentration $\mathrm{C}_2$ en ions thiosulfate $\mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-}$.

On souhaite déterminer les quantités et concentrations des réactifs et produits à l'état final.

Pour faire apparaître et activer l'animation, sélectionner la cellule ci-dessous et valider avec SHIFT+Entrée.

Vous pouvez ensuite utiliser les menus cinématiques :

Menus_animation

In [1]:

# Sélectionner cette zone puis SHIFT+ENTREE
from IPython.display import display, HTML ; display(HTML('fig_dyn_GeoGebra/Avancement_reaction_chimie.html'))

Pour les questions 1. à 3., on supposera que :

$\mathrm{V}_1=150$ $\mathrm{mL}$

$\mathrm{C}_1=8\times 10^{-3}$ $\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1} $

$\mathrm{V}_2=140$ $\mathrm{mL}$

$\mathrm{C}_2=5\times 10^{-3}$ $\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1} $

1. Observer l'animation pour ces valeurs, et répondre qualitativement aux questions suivantes :

Quel semble être le réactif limitant de cette transformation ?

Quelles sont les espèces chimiques en présence dans le mélange final ?

2. On donne la fonction Python q ci-dessous, qui reçoit en arguments deux variables correspondant à un volume (en $\mathrm{mL}$) et une concentration (en $\mathrm{mol} \cdot \mathrm{L}^{-1}$).

a. Exécuter les deux cellules suivantes. Que représente la valeur qui a été stockée dans la variable n1 ? On précisera en particulier son unité.

In [ ]:

def q(Volume,Concentration):
    return Volume*Concentration

In [ ]:

V1 = 150 ; C1 = 8*10**-3

n1 = q(V1,C1)

n1

b. Effectuer les saisies Python permettant de stocker dans une variable n2 la quantité d'ions $\mathrm{S}_2\mathrm{O}_3^{2-}$ du Bécher 2, exprimée en $\mathrm{mmol}$. Afficher cette valeur.

In [ ]:

# Effectuer les saisies pour créer n2

3. On considère la fonction Python Avancement ci-dessous.

In [ ]:

def Avancement(n1,n2):
    
    n3 = 0
    n4 = 0
    
    while n1>0 and n2>0:
        n1 = n1 - 0.01 
        n2 = n2 - 0.02
        n3 = n3 + 0.02
        n4 = n4 + 0.01
        
    return n1,n2,n3,n4    
        

a. On suppose que les valeurs respectives de n1 et n2 sont initialement 1.2 et 0.7 au déclenchement de la boucle while. Recopier et compléter le tableau suivant, pour prévoir les premières valeurs prises par les variables n1, n2, n3 et n4 (remplir uniquement 4 lignes).

n1>0 and n2>0 ?	$ \;\; $n1 $ \;\; $	$ \;\; $n2 $ \;\; $	$ \;\; $n3 $ \;\; $	$ \;\; $n4 $ \;\; $
$ \;\; $ /// $ \;\; $	$ \;\; $1.2$ \;\; $	$ \;\; $0.7$ \;\; $	$ \;\; $ 0 $ \;\; $	$ \;\; $ 0 $ \;\; $
$ \;\; $ True$ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $
$ \;\; $ ... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $
$ \;\; $ ... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $	$ \;\; $... $ \;\; $

b. A l'aide du tableau complété précédemment, prévoir les valeurs finales des variables n1, n2, n3 et n4, en justifiant brièvement.

c. Exécuter l'appel à la fonction Avancement ci-dessous. Vérifier la cohérence avec la réponse à la question 3.b.

NB: On arrondira les valeurs renvoyées par la fonction Python.

In [ ]:

# Exécuter l'appel à la fonction
Avancement(n1,n2)

d. Donner une interprétation concrète des valeurs renvoyées par la fonction Avancement de la question 3.c., dans le cadre de l'énoncé : Préciser ce que représentent ces valeurs et vérifier la cohérence avec vos réponses à la question 1.

e. Calculer les concentrations des réactifs et des produits à l'état final. On pourra utiliser des saisies Python pour les calculs.

In [ ]:

# Effectuer dans cette cellule et les suivantes les saisies nécessaires

In [ ]:

4. Dans cette question, on reprend le protocole précédent avec:

$\mathrm{V}_1=80$ $\mathrm{mL}$

$\mathrm{C}_1=4\times 10^{-3}$ $\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1} $

$\mathrm{V}_2=130$ $\mathrm{mL}$

$\mathrm{C}_2=8\times 10^{-3}$ $\mathrm{mol}\cdot\mathrm{L}^{-1} $

a. Effectuer une observation à l'aide de l'animation : Quel semble être le réactif limitant de cette transformation ?

b. A l'aide de saisies Python, déterminer les concentrations des réactifs et produits à l'état final.

In [ ]:

#Effectuer dans cette cellule et les suivantes les saisies nécessaires

In [ ]:

Remerciements particuliers à Nicolas EHRSAM pour son aide précieuse.