Ters tp2 : Modification de la durée d’une réaction-rôle d’un catalyseur








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date de publication18.11.2017
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C7 - COMPRENDRE  : TP CATALYSE

TerS


TP2 : Modification de la durée d’une réaction-rôle d’un catalyseur



L’eau oxygénée, utilisée couramment en tant que désinfectant ou décolorant (textiles par exemple), est une solution de peroxyde d’hydrogène H2O2. Le peroxyde d’hydrogène H2O2 se décompose naturellement selon la réaction suivante :

2 H2O2(aq) = 2 H2O(l) + O2(g).

Cette transformation est lente à 25 °C.

Avant de teindre les textiles, ces deniers sont blanchis par ajout d’eau oxygénée.

Doc 2 : Catalyse et lentilles

L’eau oxygénée est un désinfectant qui peut, entre autres, être utilisé pour la désinfection des lentilles de contact : en effet, des dépôts de graisse et de protéines se forment et agissent comme substrats de micro-organismes qui peuvent endommager la lentille et l'œil. Une solution de 1 à 5 % d'eau oxygénée peut être utilisée pour ce nettoyage.

Néanmoins, un rinçage soigneux avec destruction des restes d'eau oxygénée est indispensable car tout contact de cette substance avec les yeux provoquerait de graves irritations ! Pour cela, deux procédés sont utilisés :

  • dans le procédé le plus ancien, c'est un disque constitué d'une grille de platine qui sert de catalyseur. On peut aussi utiliser l'enzyme catalase comme catalyseur pour accélérer cette décomposition.

  • dans un procédé à une seule étape, on place, en même temps que la solution de peroxyde d'hydrogène, une pastille de catalase contenant une quantité suffisante d'enzyme pour assurer la décomposition complète du peroxyde. La pastille est conçue de manière à gonfler et libérer progressivement l'enzyme à une vitesse contrôlée laissant le temps au peroxyde d'assurer le nettoyage de la lentille.

Dans ces deux procédés, l’eau oxygénée subit la dismutation (réagit sur elle-même) :

2 H2O2 = H2O + O2 (réaction très lente sans catalyseur) qui possède deux avantages :

  • pendant le processus, des bulles de dioxygène formées ont une action « mécanique » sur les lentilles et permettent de décoller les impuretés,

  • à la fin du processus, il ne reste que de l’eau (sans danger pour l’œil).

S’APPROPRIER

1) Où doit-on stoker l’eau oxygénée pour limiter sa décomposition?

2) Justifier l’équation de cette décomposition à partir des couples Ox/Red : H2O2/H2O et O2/H2O2

3) Comment qualifie-t-on cinétiquement la réaction de décomposition de l’eau oxygénée ?

4) Lors de l’utilisation de l’eau oxygénée pour le nettoyage des lentilles de contact, comment accélère-t-on la réaction ? Proposez 2 méthodes.

REALISER

Vous devez maintenant vérifier expérimentalement différentes méthodes permettant d’accélérer la réaction de décomposition du peroxyde d’hydrogène.

Protocole expérimental :

  • Préparer quatre tubes à essais remplis à moitié d’eau oxygénée à 10 volumes.

  • Les numéroter de 1 à 4.

  • Le tube n°1 sera le tube témoin.

  • Ajouter dans le tube à essais :

Tubes

1

2

3

4

Elément à ajouter

Tube témoin

Roue dentée recouverte de platine

un morceau de navet écrasé ou un morceau de foie contenant une enzyme la catalase

5 mL de solution de chlorure de fer III ou sulfate de fer III à c = 0,20 mol.L-1.

ANALYSER

5) Comparer l’aspect des contenus des tubes à essais en cours de transformation.

6) Pourquoi observe-t-on une effervescence dans les tubes à essais ?

7) Les espèces ajoutées dans les tubes à essais sont-elles des réactifs de la réaction étudiée ?

8) Que peut-on dire de l’évolution de la concentration en ions Fe3+, responsables de la couleur orangée de la solution du tube à essais n°4 ?

VALIDER

9) Les espèces introduites dans les tubes à essais sont appelées catalyseurs. Quelles sont les caractéristiques des catalyseurs mises en évidence dans cette activité ?

COMMUNIQUER

On distingue trois types de catalyse : homogènes, hétérogènes et enzymatiques :

* Une catalyse est homogène si le catalyseur et les réactifs ne forment qu'une seule phase.

* Une catalyse est hétérogène si le catalyseur et les réactifs forment plusieurs phases.

* Le catalyseur est une enzyme, c'est-à-dire une protéine élaborée par un organisme vivant. Cette catalyse s'apparente à la fois à une catalyse homogène (le catalyseur et les réactifs du milieu biologique ne forment qu'une seule phase aqueuse) et à une catalyse hétérogène (par le mode d'action (présence de site actif).

10) Définir un catalyseur .Classer les catalyseurs utilisés précédemment dans les trois catégories évoquées ci-dessus.






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