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Chimie : Le dichlore en phase aqueuse Données : • Les expériences sont réalisées à 25 °C. • Constante d’acidité : 𝑝𝐾! 𝐻𝐶𝑙𝑂(!")/𝐶𝑙𝑂(!")! = 7,5 • Produit ionique de l’eau : 𝐾! = 10!!" • Potentiels redox standard : 𝐸! 𝐶𝑙!(!)/𝐶𝑙(!")! = 𝐸!! = 1,36  𝑉 ; 𝐸! 𝐻𝐶𝑙𝑂(!")/𝐶𝑙!(!) = 𝐸!! = 1,63  𝑉 • !"

ℱln 10 = 0,06  𝑉

• Numéros atomiques : O : 8 ; Cl : 17 I Généralités 1. L’élément chlore existe dans l’eau sous les formes 𝐶𝑙(!")! , 𝐶𝑙!(!), 𝐻𝐶𝑙𝑂(!") et 𝐶𝑙𝑂(!")! . Indiquer, pour

chacune de ces espèces, le nombre d’oxydation du chlore. 2. On considère l’acide hypochloreux 𝐻𝐶𝑙𝑂(!") en solution. Ecrire la réaction (1) de l’acide

hypochloreux avec l’eau et préciser sa constante d’équilibre 𝐾!. Tracer, en le justifiant, le diagramme de prédominance acido-basique.

3. Application numérique : calculer !"!(!")

!

!"#!(!") à pH = 1,5.

II Dissolution du dichlore dans l’eau Le dichlore 𝐶𝑙! est un gaz relativement peu soluble dans l’eau. Pour évaluer sa solubilité, on fait barboter du dichlore gazeux sous la pression 𝑃 𝐶𝑙! = 1,0  𝑏𝑎𝑟 dans un volume 𝑉 = 100  𝑚𝐿 d’eau pure, suffisamment longtemps pour que l’équilibre entre les phases aqueuse et gazeuse soit considéré comme atteint. L’équilibre chimique de la réaction (2) de dissolution du dichlore gazeux est le suivant :

𝐶𝑙!(!) ⇌ 𝐶𝑙!(!")                (2) La constante d’équilibre de (2) est 𝐾! = 1,0. 10!! à 25 °C. 4. Calculer la concentration 𝐶𝑙!(!") du dichlore dissous à l’équilibre. 5. En déduire le nombre de moles n de dichlore gazeux dissous dans 𝑉. III Acidité de la solution d’eau de chlore La solution d’eau de chlore obtenue au II est très acide. Cette acidité est due à la réaction de dismutation du dichlore gazeux dans l’eau selon l’équilibre (3) :

𝐶𝑙!(!)  + 2  𝐻!𝑂 ⇌ 𝐻𝐶𝑙𝑂 + 𝐻!𝑂! + 𝐶𝑙!                (3) 6. Justifier que (3) est une réaction de dismutation. Exprimer sa constante d’équilibre 𝐾! en fonction des

données. Effectuer l’application numérique. 7. Calculer les concentrations des espèces chimiques formées à l’équilibre. On maintient, comme au II,

𝑃 𝐶𝑙!(!) = 1,0  𝑏𝑎𝑟. 8. En déduire le pH de l’eau de chlore.

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9. Les réactions (2) et (3) ont lieu simultanément. Calculer la solubilité totale 𝑠 de dichlore gazeux en tenant compte de ces deux équilibres.

10. De quelle espèce chimique en solution contenant l’élément chlore n’a-t-on pas tenu compte ? Justifier cette approximation.

IV Destruction du dichlore On dispose d’une solution de soude dans laquelle le dichlore gazeux se dismute en formant de l’eau de Javel dont l’espèce réactive est l’ion hypochlorite 𝐶𝑙𝑂!. 11. Ecrire l’équation bilan (4) de cette dismutation en milieu basique. 12. Calculer sa constante d’équilibre 𝐾!. Sachant que le dichlore est un gaz très irritant, comment peut-on

exploiter ce résultat ? V Cinétique de dismutation de l’ion hypochlorite En milieu basique et à température suffisante, on observe la dismutation non inversable de l’ion hypochlorite selon le bilan :

3  𝐶𝑙𝑂!  → 𝐶𝑙𝑂!! + 2  𝐶𝑙! La réaction est totale. 13. Donner la structure de Lewis de l’ion hypochlorite 𝐶𝑙𝑂!. Dans l’ion chlorate 𝐶𝑙𝑂!!, les 3 atomes

d’oxygène sont liés à l’atome de chlore qui est central. Proposer une structure de Lewis pour cet ion. On justifiera le choix de la forme la plus probable.

On réalise deux expériences à la température de 60 °C pour différentes valeurs de pH et de concentrations initiales en 𝐶𝑙𝑂!  : 1ère expérience : 𝐶𝑙𝑂! ! = 1,27. 10!!  𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! et 𝐻𝑂! ! = 0,260  𝑚𝑜𝑙. 𝐿!!

t en s 0 1,0.10! 3,0.10! 1,0.10! 2,0.10! 4,0.10! 1,0.10! 𝐶𝑙𝑂! en 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! 1,27. 10!! 1,22. 10!! 1,13. 10!! 8,9. 10!! 6,9. 10!! 4,7. 10!! 2,4. 10!!

2ème expérience : 𝐶𝑙𝑂! ! = 2,71. 10!!  𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! et 𝐻𝑂! ! = 0,495  𝑚𝑜𝑙. 𝐿!!

t en s 0 2,0.10! 1,0.10! 2,0.10! 3,0.10! 5,0.10! 1,0.10! 𝐶𝑙𝑂! en 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! 2,71. 10!! 2,30. 10!! 1,43. 10!! 9,7. 10!! 7,4. 10!! 5,0. 10!! 2,7. 10!!

14. On suppose une loi de vitesse de la forme 𝑣 = 𝑘 𝐻𝑂! ! 𝐶𝑙𝑂! !. Montrer que les 2 séries de mesures

sont compatibles avec un ordre partiel 𝑞 = 2. 15. Déterminer l’ordre partiel 𝑝. 16. En déduire la valeur numérique de la constante de vitesse 𝑘 à la température de l’expérience.