Décomposition autocatalytique de l’oxyde d’argent

Compte Rendu

Décomposition autocatalytique de l’oxyde d’argent

I - Objectifs

Dans cette expérience nous allons essayer de vérifier la théorie de Lewis sur la cinétique de la décomposition thermique de l’oxyde d’argent. Nous allons également essayer de prouver que l’argent métallique formé au cours de la réaction 2Ag2O(s) → 4Ag(s)+ O2(g) a une action autocatalytique. On va essayer de calculer les constantes de vitesse de la réaction et l’énergie d’activation.

II - Description des modes opératoires

Pour cette manipulation nous disposons de poudre d'argent finement divisé, d’une tige en verre graduée, d’une gouttière métallique pour recueillir la nacelle chaude, d’un chronomètre et d’une nacelle d'expérimentation en pyrex.

Le montage est réalisé avec les éléments suivants:

Un four régulé

Un tube de verre (ø = 30mm) maintenu horizontalement dans le four par des supports et de la laine de quartz.

Un système constitué d'un tube U1 gradué et d'un contre-tube U2 reliés entre eux par un tube plastique souple

La nacelle d'expérimentation, en Pyrex

Un dispositif de mesure des températures comprenant un couple thermoélectrique différentiel et un afficheur numérique.

On commence par préparer l’échantillon: on vient donc nettoyer la nacelle, peser 250 mg d'oxyde d'argent directement dans la nacelle en quartz. On fait attention de repérer les différentes positions possibles du robinet R1.

On ajuste au niveau initial O (tube U1) et on vérifie que les deux tubes (U1 et U2) sont sous pression atmosphérique (liquide bleu au même niveau dans les deux branches) à l'aide du robinet R1, puis on attend que la température du four soit parfaitement stabilisée. On fait également très attention qu’il n’y ai pas déjà une nacelle dans le tube en verre.

On vient ensuite préchauffer la nacelle à une température intermédiaire entre la température ambiante et celle du four. Durant ce préchauffage, le robinet R1 doit être placé de façon à ce que le volume interne du four soit relié à l'air libre. Nous devons faire attention à la température tout au long du préchauffage car l'écart ne doit pas dépasser 5°C.

On introduit la nacelle contenant l'échantillon à l'entrée du tube de verre, on la pousse jusqu'à la première bague bleue de la tige en verre puis deux minutes après jusqu'à la bague rouge de la tige en verre et encore une minute plus tard au centre du four (2ème bague bleue de la tige en verre) puis on ferme le tube en verre avec le rodage (bien graissé de façon à éviter toute fuite).

On passe maintenant à la réaction de décomposition autocatalytique tout au long de laquelle, on surveillera la température l'écart ne doit pas dépasser 5°C.

On tourne le robinet R1 afin que l'oxygène dégagé se dirige vers la burette. On déclenche le chronomètre dès cet instant et on suit VO2 en fonction du temps. On note les temps correspondants à des variations de volume de 0,5 mL. Lorsque la variation de volume devient trop faible en fin de réaction, on prend des valeurs de couples de points (VO2, t) à intervalle de temps régulier.

Lorsque le palier est atteint, on continue à prendre des mesures pendant un certain temps puis on sort la nacelle du four avec la tige et de la gouttière métallique. On augmente la température du four d'une quinzaine de degrés.

Quand la nacelle est refroidie, éliminer le produit de décomposition puis on pèse à nouveau 250 mg d'oxyde d'argent et on réitère l'expérience précédente avec ce nouvel échantillon.

On va étudier la cinétique à trois ou quatre températures comprises entre 410 et 460 °C.

III - Présentation des résultats

A la suite des manipulations, on obtient les résultats suivants:

Sous ces conditions: P atmosphérique = 1,013 × 10^5 Pa T ambiante = 25°C

IV - Exploitation des résultats

Pour suivre l’avancement de la réaction, il faut mesurer le volume de dioxygène consommé dans le temps. Ces mesures ont été effectuées à différentes températures : 420°, 440° et 460°.

Nous cherchons à calculer le nombre théorique de molécules de dioxygène dégagé par la décomposition de 250 mg d’oxyde d’argent pour cela nous utilisons la loi des gaz parfaits.

Soit O2 un gaz parfait, d’après la loi des gaz parfaits :

PV = nRT

donc, n = avec la pression atmosphérique P=1,013 × Pa

Sachant que la constante des gaz parfaits est R= 8,314 kJ/mol et la température ambiante T=25°C= 298,15 K

Pour VO2 = 2 : nO2 = = mol

On trace les quantités de matière en fonction du temps. On remarque que lorsque la température est élevée, la quantité de matière du dioxygène augmente plus rapidement. La température est donc un facteur influent sur la décomposition de l’oxyde d’argent.

Grâce

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